RU180566U1 - IMPLANT FOR REPLACEMENT OF BONE DEFECTS - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии и ортопедии и может быть использована при хирургическом лечении костных травм, а также воспалительных, онкологических и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости.Задачей полезной модели является имплантат, обеспечивающий повышение эффективности его применения при замещении костных дефектов за счет лучшего соответствия формы имплантата форме замещаемого костного дефекта и упрощение технологии его изготовления.Технический результат достигается тем, что имплантат изготовлен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, и выполнен в виде стержня, состоящего по длине стержня из трех зон, при этом крайние зоны, каждая длиной 5-20 мм, имеют круглое сечение диаметром 5-15 мм, средняя зона имеет восьмиугольное сечение с длиной большой диагонали 10-30 мм, а общая длина стержня 50-250 мм.Применение предлагаемой полезной модели позволяет использовать в хирургической практике имплантаты для замещения крупных костных дефектов длинных костей, что важно для повышения качества лечения травм, онкологических, воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также обеспечить снижение трудоемкости их изготовления.The utility model relates to medicine, namely to surgery, traumatology and orthopedics and can be used in the surgical treatment of bone injuries, as well as inflammatory, oncological and degenerative-dystrophic diseases of the bone. The objective of the utility model is an implant, which increases the efficiency of its use in bone replacement defects due to better conformity of the implant shape to the shape of the replaceable bone defect and simplification of its manufacturing technology. The technical result is achieved by the fact that the plantate is made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a carbon fiber reinforcing frame, and is made in the form of a rod, consisting of three zones along the length of the rod, with the extreme zones, each 5-20 mm long, have a circular cross section with a diameter of 5 -15 mm, the middle zone has an octagonal section with a large diagonal length of 10-30 mm, and the total length of the shaft is 50-250 mm. The application of the proposed utility model allows the use of implants in surgical practice to replace large bone defects long bones, which is important to improve the quality of treatment for injuries, oncological, inflammatory and degenerative-dystrophic bone diseases, as well as to reduce the complexity of their manufacture.

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 [приор. 04.07.2000, Кл. A61F 2/44]. Имплантат выполнен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон. Имплантат может иметь форму призмы (прямоугольной, с основаниями П- или Г-образными), в виде цилиндра или таблетки. Известные имплантаты обладают достаточным уровнем прочности, хорошей биосовместимостью, после операционного применения хорошо фиксируются в кости.A known implant described in the patent of the Russian Federation No. 2204361 [prior. 07/04/2000, Cl. A61F 2/44]. The implant is made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a carbon fiber reinforcing frame. The implant may be in the form of a prism (rectangular, with bases U- or L-shaped), in the form of a cylinder or tablet. Known implants have a sufficient level of strength, good biocompatibility, after surgical use are well fixed in the bone.

Недостатком известных имплантатов является несоответствие формы имплантата встречающимся в хирургической практике размерным особенностям ряда костных дефектов, прежде всего костных дефектов длинных трубчатых костей конечностей.A disadvantage of the known implants is the mismatch of the shape of the implant encountered in surgical practice dimensional features of a number of bone defects, especially bone defects of the long tubular bones of the limbs.

Задачей полезной модели является имплантат, обеспечивающий повышение эффективности его применения при замещении костных дефектов за счет лучшего соответствия формы имплантата форме замещаемого костного дефекта и упрощение технологии его изготовления.The objective of the utility model is an implant, which provides an increase in the efficiency of its use when replacing bone defects due to better matching of the implant shape to the shape of the replaced bone defect and simplification of its manufacturing technology.

Технический результат достигается тем, что имплантат изготовлен из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, и выполнен в виде стержня, состоящего по длине стержня из трех зон, при этом крайние зоны, каждая длиной 5-20 мм, имеют круглое сечение диаметром 5-15 мм, средняя зона имеет восьмиугольное сечение с длиной большой диагонали 10-30 мм, а общая длина стержня 50-250 мм.The technical result is achieved in that the implant is made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame of carbon fibers, and is made in the form of a rod, consisting of three zones along the length of the rod, with the outermost zones, each 5-20 mm long have a circular cross section with a diameter of 5-15 mm, the middle zone has an octagonal cross section with a large diagonal length of 10-30 mm, and the total length of the rod 50-250 mm.

Для замещения дефектов длинных трубчатых костей, по антропологическим особенностям костного скелета человека нецелесообразно использовать имплантаты длиной более 250 мм. Для замещения дефектов с длиной менее 50 мм более целесообразно применять другие известные имплантаты, например цилиндрической формы.For the replacement of defects of long tubular bones, according to the anthropological features of the human skeleton, it is impractical to use implants longer than 250 mm. To replace defects with a length of less than 50 mm, it is more advisable to use other known implants, for example, a cylindrical shape.

Крайние зоны (по длине имплантата) имеют круглое сечение и предназначены для фиксирования имплантата во внутреннем канале дистального и проксимального отделов оперируемой трубчатой кости. Поэтому их диаметр (5-15 мм) и длина (5-20 мм) определяются антропологическими особенностями длинных костей костного скелета человека.The extreme zones (along the length of the implant) have a circular cross section and are designed to fix the implant in the inner channel of the distal and proximal sections of the operated tubular bone. Therefore, their diameter (5-15 mm) and length (5-20 mm) are determined by the anthropological features of the long bones of the human skeleton.

Средняя зона имплантата имеет восьмиугольное сечение. При длине большой диагонали восьмиугольного сечения менее 10 мм или более 30 мм имплантат не отвечает антропологическим особенностям длинных костей костного скелета человека, т е. не соответствует диаметру замещаемых костных дефектов.The middle zone of the implant has an octagonal section. If the length of the large diagonal of the octagonal section is less than 10 mm or more than 30 mm, the implant does not correspond to the anthropological features of the long bones of the human skeleton, i.e., it does not correspond to the diameter of the replaced bone defects.

Предпочтительно, чтобы сторона восьмиугольного сечения средней зоны имплантата была бы не менее 2 мм. В этом случае имплантат лучше соответствует форме сечения замещаемых костных дефектов.Preferably, the side of the octagonal section of the middle zone of the implant would be at least 2 mm. In this case, the implant better matches the cross-sectional shape of the replaced bone defects.

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

Имплантат, предлагаемый в данном техническом решении выполнен из углерод-углеродного композиционного материала. Этот материал обладает хорошей биосовместимостью за счет своего состава и гетерогенной структуры. Материал изготавливают из углеродных волокон, которые в процессе изготовления связываются между собой углеродной матрицей. Для достижения высоких механических свойств материала углеродные волокна ориентируют в материале в различных направлениях, укладывая их в многонаправленный каркас, являющийся заготовкой материала. Для изготовления каркаса могут быть использованы стержни, изготовленные из углеродных волокон, расположенных в одном направлении. После изготовления каркаса в нем формируют углеродную матрицу, например, нагревают каркас в среде углеводородов при температуре, выше температуры их разложения, в течение времени необходимого для связывания волокон каркаса образующийся углеродной связкой в единый композит. Из полученной заготовки из углерод-углеродного композиционного материала механически вырезают имплантат нужного размера и формы. При этом имплантат представляет собой стержень длиной 50-250 мм. По длине стержень (а значит и имплантат) имеет три зоны. Крайние зоны, т.е. зоны, расположенные на обоих концах стержня, имеют в сечении круг. Диаметр круга - 5-15 мм, а длина каждой из зон - 5-20 мм. Средняя часть имплантата имеет в сечении восьмиугольник. Эта форма более приближена к форм круга (форме сечения длинных костей человека), чем квадратные и прямоугольные сечения имплантатов, описанные в прототипе. В сравнении с цилиндрической формы средней зоны имплантата, имплантаты в виде стержня большой длины с восьмиугольным сечением средней зоны проще в изготовлении, что позволяет повысить производительность технологии без ущерба в прочности и жесткости имплантата за счет замены токарной обработки на обработку высокопроизводительными фрезами.The implant proposed in this technical solution is made of carbon-carbon composite material. This material has good biocompatibility due to its composition and heterogeneous structure. The material is made of carbon fibers, which are bonded to each other by a carbon matrix during the manufacturing process. To achieve high mechanical properties of the material, the carbon fibers are oriented in the material in various directions, laying them in a multidirectional frame, which is the workpiece of the material. For the manufacture of the frame can be used rods made of carbon fibers located in one direction. After the fabrication of the carcass, a carbon matrix is formed in it, for example, the carcass is heated in a hydrocarbon medium at a temperature above their decomposition temperature, during which time the carbon fibers formed in a single composite form to bind the carcass fibers. An implant of the desired size and shape is mechanically cut out of the obtained preform from a carbon-carbon composite material. In this case, the implant is a rod with a length of 50-250 mm. The rod (and therefore the implant) has three zones along its length. Extreme zones, i.e. the zones located at both ends of the rod have a circle in cross section. The diameter of the circle is 5-15 mm, and the length of each of the zones is 5-20 mm. The middle part of the implant has an octagon in cross section. This shape is closer to the shape of the circle (the shape of the cross section of the long bones of a person) than the square and rectangular sections of the implants described in the prototype. Compared with the cylindrical shape of the middle zone of the implant, implants in the form of a long rod with an octagonal section of the middle zone are easier to manufacture, which allows to increase the productivity of the technology without compromising the strength and rigidity of the implant by replacing turning with machining with high-performance milling cutters.

Размеры восьмиугольного сечения средней зоны имплантата определяются размерами длинных костей человека, диаметр которых 10-30 мм. Именно поэтому большая (т.е. самая длинная) диагональ восьмиугольника не должна выходить за интервал 10-30 мм. Восьмиугольник, лежащий в сечении, может быть правильным или неправильным, т.е. иметь разные длины сторон. Если иметь в виду, что форма сечения некоторых длинных костей скелета человека (например, лучевой кости) более приближена к эллипсу, то в ряде случаев возможно применять имплантаты с сечением средне зоны в виде неправильного восьмиугольника. В этом случае предпочтительно, чтобы длина стороны восьмиугольного сечения была бы не менее 2 мм. Такая форма имплантата более соответствует форме замещаемого дефекта.The dimensions of the octagonal section of the middle zone of the implant are determined by the size of the long human bones, the diameter of which is 10-30 mm. That is why the large (i.e. the longest) diagonal of the octagon should not go beyond the interval of 10-30 mm. An octagon lying in a section can be right or wrong, i.e. have different lengths of sides. If we keep in mind that the cross-sectional shape of some long bones of the human skeleton (for example, the radius) is closer to the ellipse, then in some cases it is possible to use implants with a mid-section in the form of an irregular octagon. In this case, it is preferable that the side length of the octagonal section be at least 2 mm. This form of the implant is more consistent with the shape of the replaced defect.

При применении предлагаемых имплантатов крайние зоны, имеющие круглое сечение, предназначены для фиксирования имплантата во внутреннем канале дистального и проксимального отделов оперируемой трубчатой кости. Средняя зона имплантата, имеющая восьмиугольное сечение, совпадает по длине с замещаемым костным дефектом и несет опорную нагрузку.When using the proposed implants, the extreme areas having a circular cross section are designed to fix the implant in the internal channel of the distal and proximal sections of the operated tubular bone. The middle zone of the implant, which has an octagonal section, coincides in length with a replaceable bone defect and carries a supporting load.

Предлагаемые имплантаты сочетают в себе биологическую совместимость, опороспособность, остеокондуктивные свойства. Все это обеспечивает хорошее сочетание имплантатов с костным окружением, срастание имплантата с костным ложем, в которое он установлен, и формирование костно-углеродного послеоперационного блока. Особенности состава и структуры материала имплантатов позволяют эффективно использовать их при различных травмах и заболеваниях кости.The proposed implants combine biocompatibility, support ability, osteoconductive properties. All this provides a good combination of implants with a bone environment, fusion of the implant with the bone bed in which it is installed, and the formation of a bone-carbon postoperative unit. Features of the composition and structure of the material of the implants allow their effective use in various injuries and diseases of the bone.

Таким образом, применение предлагаемой полезной модели позволяет использовать в хирургической практике имплантаты для замещения крупных костных дефектов длинных костей, что важно для повышения качества лечения травм, онкологических, воспалительных и дегенеративно-дистрофических заболеваний кости, а также обеспечить снижение трудоемкости их изготовления.Thus, the application of the proposed utility model allows the use of implants in surgical practice to replace large bone defects of long bones, which is important to improve the quality of treatment for injuries, oncological, inflammatory and degenerative-dystrophic bone diseases, as well as to reduce the complexity of their manufacture.

Claims (2)

1. Имплантат для замещения костных дефектов длинных костей, изготовленный из углерод-углеродного композиционного материала, содержащего пироуглеродную матрицу и армирующий каркас из углеродных волокон, отличающийся тем, что он выполнен в виде стержня, состоящего по длине стержня из трех зон, при этом крайние зоны, каждая длиной 5-20 мм, имеют круглое сечение диаметром 5-15 мм и предназначены для фиксирования имплантата во внутреннем канале дистального и проксимального отделов оперируемой кости, средняя зона имеет восьмиугольное сечение с длиной большой диагонали 10-30 мм, а общая длина стержня 50-250 мм.1. An implant for replacing bone defects of long bones, made of a carbon-carbon composite material containing a pyrocarbon matrix and a reinforcing frame of carbon fibers, characterized in that it is made in the form of a rod consisting of three zones along the length of the shaft, while the extreme zones , each 5-20 mm long, have a circular cross section with a diameter of 5-15 mm and are designed to fix the implant in the internal channel of the distal and proximal parts of the operated bone, the middle zone has an octagonal section with a large diagonal 10-30 mm and the overall length of the rod of 50-250 mm. 2. Имплантат по п. 1, отличающийся тем, что сторона восьмиугольного сечения средней зоны имплантата не менее 2 мм.2. The implant according to claim 1, characterized in that the side of the octagonal section of the middle zone of the implant is at least 2 mm.