МЕДИЦИНСКИЕ УСТРОЙСТВА, СОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ
MEDICAL DEVICES CONTAINING POLYMERIC COMPOSITIONS WITH SHAPE MEMORY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Представленное изобретение имеет отношение, по меньшей мере частично, к хирургическим устройствам, включающим в своем составе полимерные соединения (композиции) с памятью формы. В частности, но не исключительно, представленное изобретение имеет отношение к фиксирующему устройству, например, якорному фиксирующему устройству, и например, к лигатурному фиксатору, включающему в своем составе материал с памятью формы. В представленное изобретение включены якорные фиксирующие устройства, например, лигатурные якорные фиксаторы, целиком выполненные из полимерного материала с памятью формы. Варианты воплощения представленного изобретения включают гибридные лигатурные якорные фиксаторы, в частности, лигатурные якорные фиксаторы, выполненные из полимерного материала с памятью формы и материала без памяти формы. В представленное изобретение также включены способы фиксации якорного фиксатора в кости или ткани.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Лигатурные якорные фиксаторы и лигатуры применяют при множестве ортопедических операций для восстановления прикрепления мягкой ткани к кости. Примеры процедур, при которых задействовано использование якорных фиксаторов и/или лигатур, включают следующее: процедуры на плечевом суставе, например, при реконструктивных операциях на ротаторной манжетке и лечебных процедурах при гленогумеральной нестабильности (например, реконструктивные операции при повреждении Банкарта и SLAP-повреждении (прим. переводчика: разрыве верхней части суставной губы плечевого сустава)); процедуры на области тазобедренного сустава, например, реконструктивные операции на вертлужной губе тазобедренного сустава и процедуры в области стопы и голеностопного сустава, например, реконструктивные операции на связках/сухожилиях.
Для лигатурных якорных фиксаторов характерен выход из строя в случаях, когда якорный фиксатор выпадает из субстрата, лигатура прорезает ушко якорного фиксатора либо лигатура просто разрывается.
При операциях часто желательно использовать лигатурные якорные фиксаторы с минимально возможным диаметром, но при обеспечении адекватной прочности фиксации, в частности, при выполнении реконструктивных операций на суставах с ограниченным объемом костной ткани. Якорные фиксаторы меньшего диаметра требуют соответственно сверления отверстий меньшего диаметра, что менее травматично для пациента. Кроме того, они предоставляют хирургу больше свободы в размещении якорного фиксатора или якорных фиксаторов. Проблема, связанная с уменьшением размера якорного фиксатора, заключается, в целом, в снижении прочности фиксации. Снижение прочности фиксации, в целом, ограничивает минимальный размер используемых якорных фиксаторов. Эта проблема может усугубляться ухудшением качества костной ткани, что особенно характерно для пациентов старшего возраста. Дополнительным недостатком существующих способов и систем является случайное высверливание отверстий большего, чем необходимо, диаметра. Это может происходить в результате неумышленного смещения сверла или в результате "биения" сверла в процессе сверления. При установке обычного якорного фиксатора в отверстие увеличенного диаметра прочность фиксации может в значительной степени снижаться.
Обычные лигатурные якорные фиксаторы изготавливают, как правило, из металлов, саморассасывающихся полимеров (таких как полилактид или полилактид-согликолид) (PLGA) или нерассасывающихся полимеров (таких как PEEK). С целью улучшения прочности фиксации в кости в конструкцию якорных фиксаторов включают внешние кромки, ребра, гребни или зазубрины; в качестве альтернативы может включаться наружная винтовая резьба. В других устройствах могут использоваться спицы для механического расширения фланцев на якорном фиксаторе с целью усиления фиксации.
Из-за сложной геометрии якорные фиксаторы обычно производят по технологии экструзионного литья под давлением, следовательно, полимерному имплантату возможно сообщить лишь ограниченное количество молекулярных ориентации.
Остается неудовлетворенной потребность в якорных фиксаторах и других фиксирующих устройствах, которые могут функционировать в широком диапазоне характеристик костной ткани. Кроме того, остается неудовлетворенной потребность в лигатурных якорных фиксаторах и других фиксирующих устройствах, которые, в сравнении с существующими якорными фиксаторами, имели бы меньшей диаметр при такой же или более высокой прочности фиксации.
В целях повышения прочности фиксации, было предложено при изготовлении тканевых якорных фиксаторов использовать полимеры с памятью формы (ППФ). В международной публикации WO 2008/118782 (Cotton et al.) описан якорный фиксатор, изготовленный из полилактида-согликолида (PLGA) и карбоната кальция, где устройство деформируется для увеличения прочности фиксации при воздействии на него температуры тела.
Патент US 8069858 (Gall, Medshape Solutions, Inc) содержит описание якорного фиксатора, включающего часть из полимера с памятью формы, инициируемую физической силой при температуре, ниже температуры активации полимера. Оказывается, что для изменения формы устройства, описанного в патенте US 8069858, требуется механическая активация.
Целью вариантов воплощения заявленного изобретения является преодоление недостатков традиционного подхода, существующего в настоящее время в медицинской практике.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту заявленного изобретения, предложено фиксирующее устройство для закрепления самого фиксирующего устройства и/или сопряженного устройства в полости, при этом фиксирующее устройство включает полимер с памятью формы (ППФ), причем ППФ способен к радиальному расширению при активации таким образом, что фиксирующее устройство расширяется радиально по меньшей мере на участке своей длины.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство может быть выбрано из спицы, заклепки, винта, стержня, штифта, пластины, якоря и клина.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство представляет собой хирургическое устройство.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство представляет собой лигатурный якорный фиксатор.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство способно расширяться в радиальном направлении и сокращаться в продольном направлении, и/или изменять свою геометрическую форму при активации ППФ-материала. Соответствующим образом, фиксирующее устройство претерпевает изменение геометрической формы при активации. Соответствующим образом, фиксирующее устройство претерпевает изменение габаритных размеров при активации.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения якорный фиксатор включает корпус якоря, включающий дистальную часть и проксимальную часть. Соответствующим образом, корпус якоря включает канал, идущий от дистальной части к проксимальной части. Соответствующим образом, канал является сквозным каналом.
Соответствующим образом, корпус якоря включает одно или более кольцевых ребер. В одном варианте воплощения заявленного изобретения после активации ППФ-материала кольцевые ребра выходят в направлении от наружной поверхности корпуса якоря. Соответствующим образом, после активации ППФ-материала кольцевые ребра только выступают в направлении от наружной поверхности устройства.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство включает винтовую резьбу по всей своей длине.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство выполнено полностью из единого куска ППФ-материала.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство включает часть, содержащую ППФ-материал, и дополнительную часть, содержащую материал, отличный от ППФ-материала. Соответствующим образом, дополнительная часть состоит из материала, отличного от ППФ-материала. В одном варианте воплощения заявленного изобретения дополнительная часть изготовлена по технологии многослойного литья. В одном варианте воплощения заявленного изобретения дополнительная часть изготовлена по технологии многокомпонентного формования под давлением.
Здесь термин «материал, отличный от ППФ-материала» используется для обозначения материалов, не обладающих способностью запоминать форму, т.е. материалов, не способных к возвращению к исходной форме при нагревании или какой-либо другой активации. Примеры таких материалов описаны здесь. Соответствующим образом, материал, отличный от ППФ-материала, может представлять собой полимер, который не подвергался программированию на способность запоминать форму. Соответствующим образом, материал, отличный от ППФ-материала, включает пластик, например, отлитый под давлением пластик.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство включает одно или более кольцевых ребер, выполненных из материала, отличного от ППФ-материала.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство выполнено с возможностью доставки жидкости. В одном варианте воплощения заявленного изобретения устройство включает камеру, содержащую жидкость. Соответствующим образом, радиальное расширение способно приводить к тому, что жидкость высвобождается из камеры в среду, окружающую устройство.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство включает внутреннюю часть, содержащую ППФ-материал.
В одном из вариантов воплощения заявленного изобретения фиксирующее устройство включает один или более выступов, которые выдвигаются наружу при активации ППФ-материала. Соответствующим образом, выступы содержат ППФ-материал.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает полимер, выбранный из группы, состоящей из полиметилметакрилата (РММА), полиэтилметакрилата (РЕМА), полиакрилата, полиальфагидроксикислот, поликапролактонов, полидиоксанонов, полиэфиров, полигликолевой кислоты, полигликолей, полилактидов, полиортоэфиров, полифосфатов, полиоксоэфиров, полифосфоэфиров, полифосфонатов, полисахаридов, политирозинкарбонатов, полиуретанов и сополимеров или полимерных смесей вышеперечисленных компонентов.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает полиэфир.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает полилактид. Соответствующим образом, ППФ-материал включает поли(L-лактид), например, его сополимер. Соответствующим образом, ППФ-материал включает поли(D,L-лактид) сополимер. В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал включает поли(DL-лактид-согликолид) (PDLGA) сополимер, например, PDLGA сополимер с соотношением 85 (DL-лактид):15 (гликолид). В качестве альтернативы соотношение может быть 70:30, 75:25, 80:20 или 90:10.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал дополнительно включает наполнитель. Соответствующим образом, ППФ-материал включает биокерамический материал. Соответствующим образом, биокерамический материал выбран из кальция фосфата, кальция карбоната и кальция сульфата, а также комбинаций из вышеперечисленных материалов.
Соответствующим образом, ППФ-материал подвергается буферизации для улучшения сохранения прочности. К подходящим агентам для буферизации относится кальция карбонат.
Соответствующим образом, ППФ-материал дополнительно включает пластификатор, биологически активный агент и/или фармацевтическое средство. Дополнительная информация о подходящих пластификаторах, биологически активных агентах и фармацевтических средствах, представлена здесь. Соответствующим образом, материал, отличный от ППФ-материала, включает биосовместимый полимер и/или биосовместимый состав. В одном варианте воплощения заявленного изобретения материал, отличный от ППФ-материала, является саморассасывающимся.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения материал, отличный от ППФ-материала, выбирается из полилактида, полигликолида, поликапролактона, поли(лактид-согликолида), полидиоксанона, полиуретана, смеси одного или более из этих компонентов, а также их сополимеров. Соответствующим образом, материал, отличный от ППФ-материала, является полимером, который не подвергался программированию на обладание способностью запоминать форму.
Соответствующим образом, материал, отличный от ППФ-материала, не является саморассасывающимся. В одном варианте воплощения заявленного изобретения материал, отличный от ППФ-материала, является нерассасывающимся полимером, выбираемым из группы, состоящей из полиэфирэфиркетона (РЕЕК), полиуретана и полиакрилата.
Соответствующим образом, диаметр устройства составляет меньше чем около 3 мм. В одном варианте воплощения заявленного изобретения диаметр устройства составляет приблизительно 2 мм или менее, например, 1 мм, 1,2 мм, 1,5 мм или 1,7 мм.
В дополнительном аспекте заявленного изобретения представлен способ восстановления мягких тканей, включающий следующее: размещение устройства в соответствии с представленным здесь описанием, с присоединенной к нему гибкой деталью, в полости в кости; проведение гибкой детали сквозь мягкие ткани, расположенные вблизи кости, а также затягивание гибкой детали для фиксации мягкой ткани к кости; и активация ППФ-материала таким образом, чтобы устройство подверглось радиальному расширению по меньшей мере на участке своей длины.
Соответствующим образом, способ осуществляется на теле человека. Соответствующим образом, способ осуществляется на теле животного.
Соответствующим образом, этап активации ППФ-материала включает приложение тепла к ППФ-материалу. Соответствующим образом, способ включает контактирование ППФ-материала с нагретым зондом.
Соответствующим образом, способ включает первый этап формирования полости в кости и размещение устройства в этой полости. Соответствующим образом, гибкая деталь представляет собой лигатуру.
Соответствующим образом, мягкая ткань выбрана из таких тканей как сухожилие, связка, мышца и хрящ, и комбинации из вышеперечисленного. Соответствующим образом, способ предназначен для реконструкции ротаторной манжетки.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения способ предназначен для реконструкции передней крестообразной связки (ПКС). Соответствующим образом, способ предназначен для устранения гленогумеральной нестабильности, например, реконструктивных операций при повреждении Банкарта и SLAP-повреждении. Соответствующим образом, способ предназначен для лечения разрыва вертлужной губы тазобедренного сустава.
Согласно одному из аспектов заявленного изобретения, представлены лигатуры с памятью формы, которые расширяются по ширине и сокращаются по длине, пригодных для применения при ушивании раны. Соответствующим образом, лигатуру механическим образом прикрепляют к описанному здесь фиксирующему устройству. Соответствующим образом, лигатуру с помощью фиксирующего устройства, например, якорного фиксатора, вставляют в полость, просверленную в кости, и проводят сквозь ткань, которую следует зафиксировать.
В одном из вариантов воплощения заявленного изобретения для фиксации нескольких лигатур используют несколько якорных фиксаторов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Здесь и далее будут описаны варианты воплощения заявленного изобретения, только в виде примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На Фиг. 1 представлен вариант воплощения заявленного изобретения, расположенного в модели кости «Sawbones»;
На Фиг. 2 представлен график силы извлечения, действующей на якорный фиксатор из полимерного материала с памятью формы (ППФ), изображенный на Фиг. 1, через 9 дней после погружения. Тянутый пруток из материала поли(DL-лактид-согликолид) (85:15) (PLC) диаметром Эмм установлен в отверстии, просверленном в модели кости «Sawbones» с плотностью (20 pcf (фунтов в куб. футе)), обеспечивающем его свободное положение, т.е. для извлечения прутка из отверстия необходимо изначально приложить силу в 0 Н. В состав прутка из PLC входит 35% (масса/масса) кальция карбоната. Модель кости «Sawbones» с установленным прутком из PLC (якорный фиксатор) помещали в воду и выдерживали в течение 9 дней при температуре 37 градусов Цельсия. Измерение силы извлечения производили с помощью аппарата Instron, параметры которого были настроены на 1 мм/мин;
На Фиг. 3а и 3b показан лигатурный якорный фиксатор из ППФ, относящийся к заявленному изобретению, который укорачивается и радиально расширяется при активации, обеспечивая фиксацию к окружающей кости;
На Фиг. 4a-4d представлены альтернативные варианты воплощения лигатурного якорного фиксатора в соответствии с заявленным изобретением, включающие несколько фиксирующих ребер;
На Фиг. 5а-5с представлены альтернативные варианты воплощения лигатурного якорного фиксатора в соответствии с заявленным изобретением, включающие обратнонаправленные фиксирующие ребра;
На Фиг. 6а и 6b представлены альтернативные варианты воплощения лигатурного якорного фиксатора в соответствии с заявленным изобретением, включающие рычажные элементы из ППФ;
На Фиг. 7а и 7b показана ППФ-лигатура;
На Фиг. 8а и 8b показан якорный фиксатор из ППФ, включающий фиксирующие элементы;
На Фиг. 9а и 9b показаны виды в разрезе якорного фиксатора, изображенного на Фиг. 8а и 8b;
На Фиг. 10а и 10b показан якорный фиксатор из ППФ с несколькими осевыми фиксирующими элементами;
На Фиг. 11а и 11b показаны виды в разрезе элементов, изображенных на Фиг. 10а и 10b;
На Фиг. 12а и 12b показан якорный фиксатор из ППФ с фиксирующими элементами;
На Фиг. 13а и 13b показаны виды в разрезе элементов, изображенных на Фиг. 12а-12b;
На Фиг. 14а и 14b показан якорный фиксатор из ППФ со сложенными фиксирующими элементами;
На Фиг. 15а и 15b показан якорный фиксатор из ППФ с фиксирующими элементами, расположенными согласно упорядоченному сечению устройства;
На Фиг. 16а и 16b показана ППФ-скоба;
На Фиг. 17a-17d показаны различные ППФ-устройства для ушивания ткани в соответствии с заявленным изобретением;
На Фиг. 17е показаны технические характеристики ППФ-лигатур;
На Фиг. 18а и 18b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий устройство доставки ППФ-жидкости;
На Фиг. 19а и 19b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий устройство доставки ППФ-жидкости;
На Фиг. 20а и 20b показаны виды в разрезе элементов, изображенных на Фиг. 19а и 19b;
На Фиг. 21 показана ППФ-втулка с лигатурой, обеспечивающая усиление фиксации после установки;
На Фиг. 22 показан якорный фиксатор из ППФ с отверстием для лигатуры и областью активации (отверстие);
На Фиг. 23а-23с представлен вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор из ППФ, способный после установки релаксировать в продольном направлении;
На Фиг. 24а-24с показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор со специальной ППФ-частью, которая направляет часть якорного фиксатора в фиксирующее положение;
На Фиг. 25 показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор из ППФ со специальной частью из ППФ, которая захватывает и фиксирует лигатуру после релаксации полимера;
На Фиг. 26а и 26b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий ППФ-лигатуру, включающую две различные области с памятью ориентации. Следующая релаксации часть из ППФ релаксирует в продольном направлении, фиксируя якорный фиксатор в заданном положении;
На Фиг. 27а показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор из ППФ с несколькими ушками для лигатур, расположенными в вертикальном направлении;
На Фиг. 27b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор из ППФ с ушками для лигатур, расположенными в продольном направлении;
На Фиг. 27с показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор из ППФ с желобками специальной формы для подстройки под лигатурный материал;
На Фиг. 28а и 28b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор с ППФ-стержнем, который после релаксации направляет часть якорного фиксатора в фиксирующее положение;
На 29а и 29b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий ППФ-клепку с лигатурой и частью из ППФ, которая укорачивается в вертикальном направлении и удлиняется в продольном направлении для фиксации устройства;
На Фиг. 30а показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий якорный фиксатор с хомутом из ППФ, который фиксирует лигатуру после релаксации;
На Фиг. 30b и 30с показан, вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор с зазубринами и с частью из ППФ, идущей продольно по всей длине устройства. После релаксации ППФ-часть с зазубринами выдавливается наружу, обеспечивая фиксацию;
На Фиг. 30d показан вариант воплощения заявленного изобретения, альтернативный варианту, изображенному на Фиг. 30b;
На Фиг. 31а и 31b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий зубчатый лигатурный якорный фиксатор, изготовленный по технологии литья под давлением. Свойства памяти формы придаются зубьям во время литья под давлением;
На Фиг. 32а и 32b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор с частью из ППФ, которая после релаксации ППФ обеспечивает фиксацию лигатуры посредством фиксирующего элемента;
На Фиг. 32с показана трубка из ППФ, изображенная на Фиг. 10а и 10b;
На Фиг. 33а и 33b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор с ППФ-элементом, который при релаксации обеспечивает фиксационные свойства устройства (Фиг. 33а - после фиксации);
На Фиг. 34а и 34b показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор с частью из ППФ. После релаксации в продольном направлении якорный фиксатор фиксируется в ткани;
На Фиг. 34с и 34d показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурный якорный фиксатор с внутренним ППФ-элементом, который после релаксации обеспечивает фиксационные свойства устройства;
На Фиг. 35 показано устройство по трем вариантам воплощения заявленного изобретения, которое включает часть из ППФ;
На Фиг. 36 показано графическое представление прототипа прутка из ППФ с прорезями в соответствии с заявленным изобретением;
На Фиг. 37 показана диаграмма, демонстрирующая результаты испытаний силы извлечения из отверстий диаметром 2,6 мм в моделях кости «Sawbones» с плотностью 10PCF согласно описанию в примере 7;
На Фиг. 38 показана диаграмма, демонстрирующая результаты испытаний извлечения якорных фиксаторов из ППФ-прутка из отверстий со стандартным и увеличенным диаметром в моделях кости «Sawbones» с плотностью 10PCF согласно описанию в примере 8;
На Фиг. 39 показана диаграмма, демонстрирующая результаты испытаний силы извлечения из ламинированной пенной модели кости «Sawbones» с плотностью 15/30PCF согласно описанию в примере 9;
На Фиг. 40 показано графическое представление внешнего вида испытуемых устройств до восстановления формы и после восстановления формы; слева: прототип гибридного якорного фиксатора 3; справа: якорный фиксатор из ППФ-прутка диаметром 2,7 мм;
На Фиг. 41 показан безузловой лигатурный якорный фиксатор, изготовленный способами, описанными в примере 12;
На Фиг. 42 показан лигатурный якорный фиксатор согласно описанию в примере 13;
На Фиг. 43 показана лигатура согласно описанию в примере 14;
На Фиг. 44 показан вариант воплощения заявленного изобретения, включающий часть из ППФ и часть из материала, отличного от ППФ-материала;
На Фиг. 45 показаны дополнительные виды частей, выполненных из материала, отличного от ППФ-материала, устройства, изображенного на Фиг. 44;
На Фиг. 46 показан дополнительный вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурное якорное фиксирующее устройство, целиком выполненное из ППФ-материала;
На Фиг. 47 показан инструмент для установки лигатурного якорного фиксатора, изображенного на Фиг. 46. Инструмент также включает нагреватель;
На Фиг. 48 показаны дополнительные виды лигатурного якорного фиксатора, изображенного на Фиг. 46.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подробное описание вариантов воплощения заявленного изобретения показано ниже.
Заявленное изобретение включает использование полимерного материала с памятью формы (ППФ). В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал пребывает в деформированном состоянии при температуре, ниже определенного значения, известной под названием «температура стеклования» (Tg); при превышении этой температуры материал из деформированного состояния переходит в состояние релаксации. Вообще для полимерных материалов, обладающих свойствами памяти формы, характерен широкий диапазон изменения модулей эластичности при температуре стеклования (Tg). Свойства памяти формы основаны именно на этой характеристике. В частности, макроскопический кусок полимерного материала с памятью формы, которому была сообщена целевая форма (исходная форма) посредством обычных технологий литья пластика, может быть размягчен путем передачи изделию энергии и нагревания до финальной температуры (Tf), значение которой выше значения температуры Tg полимера, но ниже, чем значение температуры плавления (Tm). При этой температуре материал может быть деформирован для получения различной макроскопической формы (деформированное состояние). В деформированном состоянии образуется упорядоченная полимерная сеть. Затем полимер охлаждают до температуры, значение которой ниже значения температуры Tg, при этом изделие остается в деформированном состоянии.
Изобретенное устройство включает полимерный материал с памятью формы. Полимеры с памятью формы, которые могут быть саморассасывающимися или нерассасывающимися, хорошо известны в данной области техники, и в контексте заявленного изобретения может быть использован любой биосовместимый полимерный материал с памятью формы. Соответствующим образом, ППФ-материал включает полимер, выбранный из группы, состоящей из полиметилметакрилата (РММА), полиэтилметакрилата (РЕМА), полиакрилата, полиальфагидроксикислот, поликапролактонов, полидиоксанонов, полиэфиров, полигликолевой кислоты, полигликолей, полилактидов, полиортоэфиров, полифосфатов, полиоксоэфиров, полифосфоэфиров, полифосфонатов, полисахаридов, политирозинкарбонатов, полиуретанов и сополимеров или полимерных смесей вышеперечисленных компонентов.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает полилактид. В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал включает поли(L-лактид). В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал включает поли(D-лактид).
В одном варианте воплощения заявленного изобретения ППФ-материал включает поли(D,L-лактид) сополимер.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает поли(D,L-лактид-согликолид) (PDLGA). Соответствующим образом, ППФ-материал включает полигликолид.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает поликапролактон и/или сополимер, включающий поликапролактон.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает L-лактид/DL-лактид сополимер.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает лактид/капролактон сополимер.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает поли(L-лактид) и полигликолид сополимер.
В контексте заявленного изобретения деформация полимерного материала с памятью формы, в целом, достигается перед имплантацией устройства, как правило, во время производства. С помощью источников электрической и/или термальной энергии подводят тепло, в количестве, достаточном для достижения Tf, после чего производят деформацию полимерного материала. Следствием деформации является образование упорядоченной полимерной сети; собственно деформация может быть достигнута посредством процессов, включающих зональное вытягивание, гидростатическую экструзию, канальное вытягивание, сжатие литьевым прессованием, термоформовку, прокатку и прокатное вытягивание.
При повторном нагревании полимерного материала до температуры, превышающей температуру стеклования ППФ-материала, но не превышающей температуру Tm, деформированное состояние пропадает и полимерный материал релаксирует с восстановлением исходной формы. Сообщение энергии, необходимой для вызова релаксации материала из деформированного состояния в состояние релаксации, называется активацией. Температура стеклования полимерного материала различается в зависимости от ряда факторов, таких как молекулярный вес, состав, структура полимера, а также других факторов, хорошо известных специалистам в данной области техники; диапазон колебаний этой температуры находится в пределах 35-60°C или выше. Соответствующим образом, температура стеклования составляет вплоть до приблизительно 130°C. Соответствующим образом, температура стеклования составляет около 70°C или более, например, 80°C, 90°C, 100°C, 110°C или 120°C.
Варианты воплощения заявленного изобретения имеют отношение к устройствам, которые способны изменять форму in situ посредством восстановления исходной формы ППФ-материала. Применяемые здесь термины «восстановление» и «восстанавливать» взаимозаменяемы терминам «релаксация» и «релаксировать» и хорошо известны специалистам в данной области техники.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения фиксирующее устройство выбирают из таких типовых форм как спица, пруток, штифт, винт, пластина, якорь и клин.
Соответствующим образом, фиксирующее устройство представляет собой интрамедуллярный штифт.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения фиксирующее устройство представляет собой якорный фиксатор. Соответствующим образом, якорный фиксатор представляет собой лигатурный якорный фиксатор. Соответствующим образом, якорный фиксатор представляет собой безузловой лигатурный якорный фиксатор. Соответствующим образом, якорный фиксатор включает один или более желобков на своей наружной поверхности, форма которых приспособлена для приема одной или более лигатур. Соответствующим образом, лигатурный якорный фиксатор включает компонент из материала, отличного от ППФ-материала, и компонент из ППФ-материала. Соответствующим образом, компонент из материала, отличного от ППФ-материала, включает желобки. В одном варианте воплощения заявленного изобретения желобки идут по всей длине устройства на двух противоположных наружных поверхностях якорного фиксатора через дистальный конец якорного фиксатора.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения лигатурный якорный фиксатор выполнен целиком из ППФ-материала, и компонент из ППФ-материала включает желобки.
Варианты воплощения заявленного изобретения могут иметь преимущества над лигатурными якорными фиксаторами известного уровня техники в том, что для них может быть характерно снижение частоты разрушений ушка якорного фиксатора и/или повышение нагрузки, приводящей к разрушению. Варианты воплощения заявленного изобретения могут представить лигатурный якорный фиксатор с большей прочностью фиксации в костной ткани низкого качества и/или в костной ткани с низкой плотностью, например, при остеопорозе.
,Якорные фиксаторы ткани, такие как лигатурные якорные фиксаторы, могут претерпевать разрушение в момент их вкручивания. Варианты воплощения заявленного изобретения также могут обладать преимуществом, заключающимся в том, что их установка не требует вкручивания, что позволит избежать разрушений этого типа.
В сравнении со стандартными традиционными якорными фиксаторами, варианты воплощения заявленного изобретения предоставляют якорный фиксатор с меньшим поперечным сечением и/или длиной при обеспечении эквивалентной или более высокой силы, необходимой для извлечения.
В одном из вариантов воплощения заявленное изобретение представляет фиксирующее устройство, например, лигатурный якорный фиксатор, который включает часть, содержащую ППФ-материал, и часть, содержащую материал, отличный от ППФ-материала. Такой вариант воплощения заявленного изобретения может иметь преимущество, заключающееся в том, что первоначальная фиксация может быть достигнута за счет части, выполненной из материала, отличного от ППФ-материала, а затем прочность фиксации со временем может быть дополнительно усилена за счет части, выполненной из ППФ-материала. В одном варианте воплощения заявленного изобретения активация ППФ-материала происходит под воздействием температуры тела (например, приблизительно 37°C), при этом часть, выполненная из ППФ-материала, расширяется при установке ее в тело, обеспечивая дополнительную фиксацию устройства на месте.
Фиксирующие устройства, включающие часть, выполненную из ППФ-материала, и часть, выполненную из материала, отличного от ППФ-материала, также могут иметь преимущество, заключающееся в том, что такие сложные конструкционные особенности и формы могут быть реализованы с помощью обычных технологий литья под давлением из материала, отличного от ППФ-материала, а прочность фиксации может быть повышена за счет компонента из ППФ-материала, который может иметь простую форму, например, прутка или цилиндра, полученную путем соответствующего технологического процесса, например, канального вытягивания. Соответствующим образом, устройство может быть изготовлено путем размещения компонента из ППФ-материала в форме с последующим многокомпонентным формованием под давлением с материалом, отличным от ППФ-материала, в результате чего происходит наслоение материала, отличного от ППФ-материала, на компонент из ППФ-материала.
Элементы, выполненные из материала, отличного от ППФ-материала, устройства могут быть изготовлены из любого биосовместимого полимера или состава - саморассасывающегося или нерассасывающегося. Примеры саморассасывающихся материалов включают полилактид, полигликолид, поликапролактон, поли(лактид-согликолид), полидиоксанон, полиуретан или любую смесь или сополимер из этих материалов. Примеры нерассасывающихся полимеров включают полиэфирэфиркетон (PEEK), полиуретаны, полиакрилаты и т.д.; полимер может быть смешан с наполнителями, включающими биокерамику, такую как, например, кальция фосфаты, кальция карбонаты, кальция сульфаты и подобные.
Компоненты из ППФ-материала могут быть выполнены из любого описанного здесь полимера, должным образом обработанного для приобретения свойств памяти формы. Способы для приобретения свойств памяти формы включают обработку, направленную на упорядочивание звеньев полимера, и включают канальное вытягивание, зональное вытягивание, гидростатическую экструзию, прокатывание, прокатное вытягивание, литье под давлением. Компонент из ППФ-материала также может включать пластификаторы, необходимые для модификации температуры стеклования/температуры активации. Также он может включать другие присадки, такие как наночастицы из оксида железа для обеспечения активации под воздействием магнитного поля. Активация компонента из ППФ-материала может осуществляться посредством тепла (включая температуру тела), всасывания пластификатора, например, воды, электромагнитного поля, ультразвука или любого другого способа или комбинации способов.
В сравнении со стандартными традиционными якорными фиксаторами якорный фиксатор из ППФ позволяет использовать отверстия и собственно якорные фиксаторы меньшего диаметра при эквивалентной или повышенной извлекающей силе. Другое преимущество заключается в большей прочности фиксации в костной ткани низкого качества или низкой плотности (например, при остеопорозе). Также другим преимуществом является то, что фиксация может быть достигнута и в отверстиях повышенного диаметра, например, при случайном чрезмерном рассверливании отверстия. Устройство может быть очень простым и в некоторых вариантах воплощения заявленного изобретения оно не требует дополнительных элементов, таких как ребра, кромки или зазубрины. Соответствующим образом, такое устройство установить проще, чем обычное фиксирующее устройство. В других вариантах воплощения заявленного изобретения устройство может включать одну или более зазубрин, ребер или кромок. Соответствующим образом, зазубрины, ребра или кромки используются для улучшения фиксации устройства после активации ППФ-материала.
Преимущество вариантов воплощения заявленного изобретения, включающего компоненты из ППФ-материала и компоненты из материала, отличного от ППФ-материала, заключается в том, что начальная фиксация может быть достигнута за счет традиционной части, выполненной из материала, отличного от ППФ-материала, а затем со временем прочность фиксации может быть дополнительно усилена за счет компонента из ППФ-материала, активируемого температурой тела. В таком случае нет необходимости во внешнем источнике нагревания/энергии для активации ППФ.
Другим преимуществом является то, что сложные конструктивные особенности и формы могут быть реализованы с использованием традиционных технологий литья под давлением из материала, отличного от ППФ-материала, а прочность фиксации может быть дополнительно усилена за счет компонента из ППФ-материала, который может иметь очень простую форму, например, форму прутка или цилиндра, изготовленного по технологии канального вытягивания. Для программирования ППФ-устройства не требуются сложные процессы или аппаратура.
Устройства согласно заявленному изобретению могут быть изготовлены с использованием уже известных технологий создания ППФ-материалов, например, технологии канального вытягивания.
Соответствующим образом, устройство может быть произведено с использованием процесса многокомпонентного формования, который включает этап наслоения материала, отличного от ППФ-материала, в результате чего получается устройство, включающее части, выполненные из материала, отличного от ППФ-материала.
Соответствующим образом, устройство может быть произведено по технологии, включающей холодную штамповку, которая позволяет придать устройству сложную форму.
Подробное описание процесса производства гибридных устройств показано в нашей заявке, находящейся в процессе одновременного рассмотрения, с общим приоритетом относительно данной заявки на патент. Предмет нашей заявки на изобретение, находящейся в процессе одновременного рассмотрения, и приоритетные заявки полностью включены сюда путем ссылки.
В одном из вариантов воплощения заявленного изобретения в устройство внедряется один или более активных агентов. Подходящие активные агенты включат костные морфогенные белки, антибиотики, противовоспалительные средства, ангиогенные факторы, остеогенные факторы, монобутирин, экстракты сальника, тромбин, модифицированные белки, плазма/раствор, обогащенный тромбоцитами, плазма/раствор, обедненный тромбоцитами, аспират красного костного мозга и любые клетки, взятые от представителей флоры или фауны, такие как живые клетки, консервированные клетки, дремлющие клетки и мертвые клетки. Также вполне возможно использовать любые другие биологически активные агенты, известные специалистам в данной области техники. Соответствующим образом, активный агент, внедренный в полимерный материал с памятью формы, высвобождается во время релаксации или разрушения полимерного материала. Преимущество заключается в том, что встраивание активного агента может быть направлено на борьбу с инфекцией в месте имплантации и/или на стимуляцию роста новой ткани.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает наполнитель. В одном варианте воплощения заявленного изобретения наполнитель включает неорганический компонент. Соответствующим образом, наполнитель включает кальция карбонат, кальция гидрокарбонат, кальция фосфат, дикальция фосфат, трикальция фосфат, магния карбонат, натрия карбонат, гидроксиапатит, кость, фосфатное стекло, силикатное стекло, натрия фосфат, магния фосфат, бария карбонат, бария сульфат, циркония карбонат, циркония сульфат, циркония диоксид, висмута триоксид, висмута оксихлорид, висмута карбонат, вольфрама оксид и их комбинации.
Соответствующим образом, ППФ-материал включает приблизительно 0,5% или более по массе наполнителя согласно описанию здесь. Соответствующим образом, ППФ-материал включает 0,5%, 1%, 2%, 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% или более по массе наполнителя.
В заявленном изобретении рассматривается использование источника электрической или термальной энергии для нагревания полимерного материала. Однако полимерный материал может релаксировать под другими видами воздействия, известными специалистам в данной области техники, включая, но не ограничиваясь этим, использование нагрузки или механической энергии, и/или растворителя. Может применяться любой вид воздействия как перед операцией, так и во время операции.
Один пример включает использование ультразвуковых устройств, которые могут вызвать релаксацию полимерного материала с минимальной выработкой тепла. Растворители, которые могут быть использованы, включают растворители на основе органических веществ и растворители на основе воды, включая жидкости организма. При выборе растворителя необходимо учитывать противопоказания, которые могут быть у данного пациента, в особенности в отношении растворителя, применяемого во время операции. Выбор растворителя также будет зависеть от материала, который должен быть релаксирован. Примеры растворителей, которые могут быть использованы для релаксации полимерного материала, включают спирты, гликоли, гликолевые эфиры, масла, жирные кислоты, ацетаты, ацетилены, кетоны, ароматические углеводородные растворители и хлористые растворители.
Соответствующим образом, часть из ППФ-материала в устройстве активируется под воздействием тепла при установке в полость. В одном варианте воплощения заявленного изобретения часть из ППФ устройства активируется путем контакта части из ППФ-материала с нагретым зондом или чем-либо подобным.
В одном варианте воплощения заявленного изобретения часть из ППФ-материала активируется при контакте с водной средой, которая имеет температуру около 37°C, то есть температуру тела. Соответствующим образом, ППФ-материал включает пластификатор, который снижает Tg ППФ-материала, что делает возможным активацию при контактировании с водной средой, которая имеет температуру, близкую к температуре тела, т.е. около 37°C. Таким образом, в одном варианте воплощения заявленного изобретения часть из ППФ-материала способна к активации при установке в тело пациента.
Снижение Tg ППФ-материала может быть достигнуто путем включения пластификатора. Соответствующим образом, ППФ-материал включает пластификатор. Пластификаторы или их смеси, пригодные для использования в заявленном изобретении, могут быть выбраны из ряда материалов, включая примеры органических пластификаторов, а также тех, которые не содержат органических соединений.
Соответствующим образом, пластификатор выбирается из следующих вариантов: DL-лактид, L-лактид, гликолид, ε-капролактон, N-метил-2-пиролидинон и гидрофильный полиол, например, поли(этилен)гликоль (PEG).
Пластификаторы или их смеси, пригодные для использования в заявленном изобретении, могут быть выбраны из ряда материалов, включая органические пластификаторы, а также те, которые не содержат органических соединений.
Соответствующим образом, пластификатор представляет собой органический пластификатор, например, производные фталата, такие как диметил-, диэтил- и дибутилфталат; полиэтиленгликоль с молекулярной массой, например, приблизительно от 200 до 6000, глицерин, гликоли, например, полипропилен-, пропилен-, полиэтилен- и этиленгликоль; цитратные эфиры, например, трибутил, триэтил, триацетил, ацетилтриэтил и ацетилтрибутилцитраты, сурфактанты, например, натрия додецилсульфат и полиоксиметилен-(20)-сорбитан- и полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмоноолеат, органические растворители, такие как 1,4-диоксан, хлороформ, этанол и изопропиловый спирт и их смеси с другими растворителями, такими как ацетон и этилацетат, органические кислоты, такие как уксусная кислота и молочные кислоты и их алкиловые эфиры, объемные подсластители, такие как сорбитол, маннитол, ксилитол и ликазин, жиры/масла, такие как растительное масло, масло семян растений и касторовое масто, ацетилированный моноглицерид, триацетин, эфиры сахарозы или их смеси.
Соответствующим образом, пластификатор выбирают из следующих вариантов: цитратный эфир, полиэтиленгликоль и диоксан.
В одном из вариантов воплощения заявленного изобретения устройство включает армированный полимерный материал. Соответствующим образом, армированный полимерный материал включает соединение или матрицу, включающую армирующий материал или фазы, например, волокна, палочки, пластинки и наполнители. Соответствующим образом, полимерный материал может включать стекловолокно, углеволокно, полимерные волокна, керамические волокна и/или керамические частицы. Другой армирующий материал или фазы, известный специалистам в данной области техники, также может быть использован.
После того как устройство будет произведено, оно может быть подвергнуто стерилизации, например, посредством экспонирования радиации (например, гамма-излучению) или посредством обработки газами (например, химическая стерилизация, такая как экспозиция газообразному этиленоксиду). Способы стерилизации устройств известны специалистам в данной области техники и могут быть выбраны в соответствии с рассматриваемым устройством.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На чертежах одинаковые номера ссылок соответствуют одинаковым частям.
3
Волокна из аморфного поли(D,L лактид-согликолида) с 35% (масса/масса) СаСО (PLC) были изготовлены с помощью двухшнекового экструдера. Волокна были уложены на паллеты и консолидированы в изотропные длинные цилиндрические прутки различного диаметра, варьирующего от 5 мм до 20 мм, по технологии плунжерной экструзии. Упорядоченные прутки диаметром 3 мм и 9 мм были изготовлены путем канального вытягивания изотропных прутков (5 мм и 20 мм, соответственно) через матрицу с конической рабочей зоной при температуре 60°C и скоростью вытягивания 20 мм/мин.
На Фиг. 1 представлена искусственная модель 1, изготовленная с целью имитации применения in-vivo предложенных лигатурных якорных фиксаторов. Два отверстия 4 были просверлены вдоль продольной оси цилиндрического прутка из PLC 3 диаметром 9 мм, изготовленного по технологии канального вытягивания. Полиэфирная лигатура 5 проведена (с образованием U-образного поворота) сквозь оба отверстия, имитируя лигатурный якорный фиксатор.
Пруток установлен в отверстии, просверленном в модели кости Sawbones™ (с плотностью 20 pcf) 2, обеспечивающем его свободное положение, т.е. для извлечения прутка из отверстия необходимо изначально приложить силу в 0 Н.
Модель кости Sawbones™ с установленным в отверстии прутком была погружена в воду с температурой 80°C на 10 секунд, в результате чего пруток быстро расширился в отверстии, образовав тесный контакт со стенками полости. Лигатура была зафиксирована посредством зажима 6 к пружинным весам; приложенная сила 7 непосредственно перед разрывом лигатуры достигала 180 Н. Расширенный пруток остался на прежнем месте, на основании чего был сделан вывод о том, что прочность фиксации была обеспечена релаксацией якорного фиксатора с памятью формы.
На Фиг. 3а представлен цилиндр 8, изготовленный из материала с памятью формы с одинарным и двойным центральным отверстием или отверстиями 9, сквозь которые проведена лигатура 10. Якорный фиксатор установлен в предварительно просверленное отверстие в кости 10 по технологии прессовой посадки. При нагревании цилиндр 8 сократится по своей оси у, центральное отверстие(я) уменьшится в диаметре, а внешние стороны цилиндра сложатся «гармошкой», образовав кольцевые ребра 11 и, таким образом, врежутся в окружающую костную ткань, что обеспечивает посадку с натягом и повышенное сопротивление перехода на границе раздела сред, и, следовательно, прочную фиксацию якорного фиксатора, как показано на Фиг. 3b. На Фиг. 3b показан лигатурный якорный фиксатор после активации материала с памятью формы.
На Фиг. 4 показаны варианты воплощения заявленного изобретения, включающие гофрированные формы, которые имеют одинарное ребро 11, как показано на Фиг. 4а, тройное ребро На, 11b и 11с, как показано на Фиг. 4b, либо учетверенное ребро 11а, 11b, 11с и 11d, как показано на Фиг. 4с.
Рассматриваются другие варианты воплощения, при которых количество ребер может варьировать от 1 до 10. Ребра могут быть заостренными или изогнутыми; вариант воплощения заявленного изобретения с изогнутыми ребрами показан на Фиг. 4d. Ребра могут быть либо непрерывными, либо прерывистыми по длине цилиндра. В этих вариантах воплощения заявленного изобретения устройство может включать или не включать центральный канал.
На Фиг. 5 показан еще один вариант воплощения заявленного изобретения, у которого при нагревании будут появляться кольцевые ребра (11g, 11h, 11i, 11j, 11k), направленные заострением наружу подобно зазубринам (см. Фиг. 5а). Как описано выше, центральное отверстие будет закрыто при укорочении длины цилиндра. Количество зазубрин, расположенных по окружности, может варьировать от 1 до 10 (Фиг. 5b-5с).
Еще один вариант воплощения изобретения показан на Фиг. 6а и включает якорный фиксатор 12, который углубляет себя в просверленное отверстие 13 по механизму рычага. Сначала якорный фиксатор на своей поверхности будет иметь направленные вниз заостренные зазубрины 14, которые соответствуют просверленному отверстию, поскольку включены в общий диаметр якорного фиксатора.
На Фиг. 6b показан вариант воплощения заявленного изобретения, изображенный на Фиг. 6а, но после активации, например, после воздействия тепла, диаметр 15 якорного фиксатора увеличивается, а длина 16 уменьшается. В то же время зазубрины 14 изменяют свое угловое направление на девяносто градусов, обеспечивая фиксацию якорного фиксатора на месте, а также продвигают якорный фиксатор на всю глубину просверленного отверстия, обеспечивая устранение промежутка между якорем и костью. Количество зазубрин может варьировать от 1 до 10.
На Фиг. 7а показана лигатура 17 в виде нити из полимерного материала с памятью формы. При нагревании маленькие участки 18 нити будут сокращаться, образуя заостренные или округлые кольцевые ребра по длине лигатуры. На Фиг. 7b показана лигатурная нить после активации, например, под воздействием тепла. Образование ребер повышает прочность сцепления и стабильность лигатуры в ткани. Например, ребра могут иметь форму зазубрин.
На Фиг. 8а и 8b показано устройство согласно варианту воплощения заявленного изобретения, для обеспечения фиксации путем использования свойств изменения формы ППФ-материалов. Якорный фиксатор, выполненный в виде трубки из ППФ 19, имеет отверстия 20, из которых после активации участков из ППФ-материала 22 появляются шипы 21.
На Фиг. 9а и 9b показан подробный вид в разрезе устройства, изображенного на Фиг. 8. Шипы 21 могут быть либо выполнены из единого куска ППФ, либо быть составными из разных кусков ППФ-материала, либо быть выполнены из другого материала, физически соединенного со структурой из ППФ 19. При активации, как показано на Фиг. 9b, структура из ППФ 22 претерпевает вертикальное сокращение, вызывая выпрямление изогнутых компонентов, выталкивая шипы 21 из устройства 19. Это дает возможность установки, последующей активации ППФ 21 и, таким образом, повышенной прочности фиксации. Шипы, которые появляются в результате трансформации ППФ-материала, могут быть использованы на различных осях окружности устройства и/или в различных положениях по длине устройства.
На Фиг. 10а и b показано устройство согласно варианту воплощения заявленного изобретения, для обеспечения фиксации путем использования свойств изменения формы ППФ-материалов. Устройство имеет отверстия 24, из которых после активации структуры из ППФ 25 появляются шипы 26.
На Фиг. 11 показан разрез устройства, изображенного на Фиг. 10. Форма устройства до активации представлена на Фиг. 11а. Шипы 26 могут быть либо выполнены из единого куска ППФ, либо быть составными из разных кусков ППФ, либо быть выполнены из другого материала, физически соединенного со структурой из ППФ 25. При активации, как показано на Фиг. 11b, структура из ППФ 25 претерпевает вертикальное сокращение, вызывая укорочение/расширение ППФ-компонента 25, выталкивая шипы 26 из устройства 23, что делает возможными установку, последующую активацию ППФ 25 и, таким образом, повышенную прочность фиксации. Шипы, которые появляются в результате трансформации ППФ-материала, могут быть использованы на различных осях окружности устройства и/или в различных положениях по длине устройства.
На Фиг. 12а и 12b показано устройство согласно варианту воплощения заявленного изобретения для влияния на фиксацию путем использования свойств изменения формы ППФ-материалов. На Фиг. 12а показано устройство в состоянии до активации. Якорный фиксатор, выполненный в виде трубки из ППФ 27, имеет отверстия 28, из которых после активации (как показано на Фиг. 12b) структуры из ППФ 30 появляются шипы 29.
На Фиг. 13а и 13b показан разрез устройства, изображенного на Фиг. 12. Шипы 29 могут быть либо выполнены из единого куска ППФ, либо быть составленными из разных кусков ППФ, либо быть выполнены из другого материала, физически соединенного со структурой из ППФ 30. При активации, как показано на Фиг. 13b, структура из ППФ 30 претерпевает вертикальное сокращение, вызывая укорочение/расширение компонента из ППФ 30, выталкивая шипы 29 из устройства 27. Это делает возможной установку, последующую активацию ППФ 30 и, таким образом, повышенную прочности фиксации. Шипы, которые появляются в результате трансформации ППФ-материала, могут быть использованы на различных осях окружности устройства и/или в различных положениях по длине устройства.
На Фиг. 14а и 14b показано устройство для обеспечения фиксации путем использования свойств изменения формы ППФ-материалов. Якорный фиксатор, выполненный в виде трубки из ППФ 31, имеет лопасти, сложенные в 32, в неактивированном (Фиг. 14а) состоянии, но при активации они раскладываются (Фиг. 14b), обеспечивая улучшенную фиксацию. Сложенные лопасти, которые появятся в результате трансформации ППФ-материала, могут быть использованы на различных осях окружности устройства и/или в различных положениях по длине устройства.
На Фиг. 15а и 15b показано устройство для обеспечения фиксации путем использования свойств изменения формы ППФ-материалов. Якорный фиксатор, выполненный в виде трубки из ППФ 33, по своей длине имеет более тонкие участки 34. На тонких участках 34 установлены шипы 35, что позволяет осуществить установку. Шипы 35 могут быть либо выполнены из единого куска ППФ, либо быть составными из разных кусков ППФ, либо быть выполнены из другого материала, физически соединенного со структурой из ППФ 34. При активации, как показано на Фиг. 15b, структура из ППФ 34 претерпевает вертикальное сокращение, вызывая укорочение/расширение ППФ-компонента, выталкивая шипы 35 в радиальном направлении наружу, что делает возможной установку, последующую активацию ППФ и, таким образом, повышенную прочность фиксации. Шипы, которые появляются в результате трансформации ППФ-материала, могут быть использованы на различных осях окружности устройства и/или в различных положениях по длине устройства.
Устройство с закрывающим действием показано на Фиг. 16а и 16b. На Фиг. 16а показано устройство до активации. Сжимающий компонент из ППФ 36А активирован (см. Фиг. 16b), что вызывает сжимание скобы 36 и, как следствие, клипирование (или сжатие) в результате действия ППФ.
На Фиг. 17a-17d показаны различные варианты, включающие ряд устройств, предназначенных для фиксации с использованием свойств изменения формы ППФ-материалов. Спица 37 (которая имеет постоянное геометрическое поперечное сечение либо сечение, сходящее на нет, как у иглы) показана на Фиг. 17a-17d. При активации геометрическая форма переходит от спицы 37 к винтовой структуре 38 (Фиг. 17а), плоской зигзагообразной структуре 39 (Фиг. 17b), петлевой структуре 40 (Фиг. 17с) или узловой структуре 41 (Фиг. 17d).
3
Это устройство также может быть использовано для сведения тканей вместе благодаря закрывающему эффекту. Волокна из аморфного поли(D,L-лактид-согликолида) (PDLAGA) с 35% (масса/масса) СаСО (PLC), PDLAGA и поли(D,L-лактида) (PDLA) были изготовлены с помощью двухшнекового экструдера. Затем волокна были протянуты с использованием технологии зонального вытягивания, в соответствии с которой волокно тянут с постоянной силой сквозь локальный нагреватель при температуре 60°C.
На Фиг. 17е показана способность к сокращению упорядоченных волокон при температуре 30°C. Тянутые волокна из PDLAGA, PLC и PDLA были погружены в воду при температуре 30°C и 37°C. На Фиг. 17е продемонстрировано, что через 9 дней при температуре 30°C сокращение PLC и PDLAGA является очень сходным, но через 16 дней и позже PDLAGA сокращается и набухает больше, чем PLC. PDLA через 23 дня при температуре 30°C сокращается только приблизительно на 6%. При температуре 37°C тянутые волокна из PLC, PDLAGA и PDLA сокращаются полностью через 1 день в воде с температурой 37°C, возвращаясь к размеру нетянутых волокон.
На Фиг. 18а и 18b показано устройство, предназначенное для доставки жидкости при активации с использованием свойств изменения формы ППФ-материалов. Устройство 42, представленное в форме до активации на Фиг. 18а, включает резервуар для жидкости 43, функция которого заключается в доставке жидкости при активации ППФ 44 (см. Фиг. 18b) в результате сокращения внутреннего объема устройства. Жидкостью может быть цементом, препаратом, лекарственным средством, средством для восстановления материала, антибиотиком и прочее. Для предотвращения преждевременного выхода жидкости может быть использована тонкая мембрана. Вытеснение жидкости может использоваться для доставки цемента или клея для повышения прочности фиксации.
На Фиг. 19а и 19b представлено устройство, доставляющее жидкость при активации. Устройство 45 включает резервуар для жидкости, который предназначен для доставки жидкости 49 через специальную выпускную точку 48 при активации компонента из ППФ-материала 47 в комбинации с ограничивающими концевыми частями 46. Жидкость может представлять собой цемент, препарат, лекарственное средство, средство для восстановления материала и/или антибиотик. Для предотвращения преждевременного выхода жидкости может быть использована тонкая мембрана. На Фиг. 19а показан вид устройства в форме до активации, а на Фиг. 19b показан вид устройства при активации ППФ-материала.
На Фиг. 20а и Фиг. 20b показан разрез устройства, изображенного на Фиг. 19. Жидкость 49 содержится в полости, заключенной стенками устройства 45 и концевыми частями 46, которые могут быть цельными с компонентом из ППФ 47 либо изготовлены из материала, отличного от ППФ-материала, но физически соединенные с компонентом из ППФ 47.
При активации (см. Фиг. 20b) компонента из ППФ 47 компонент из ППФ 47 сокращается по длине, увеличивается по толщине, что приводит к сближению концевых пластинок 46 и вытеснению жидкости 49 через отверстие 48. Для предотвращения преждевременного выхода жидкости через отверстие 48 может быть использована тонкая мембрана. Вытеснение жидкости может использоваться для доставки цемента или клея для повышения прочности фиксации.
На Фиг. 21 показан тонкий полимерный желобок 50а, выполненный по технологии канального вытягивания, который размещен над лигатурой 51а. Внутренний диаметр приблизительно соответствует диаметру лигатуры. На дистальной части лигатуры имеется узел 51b. Необязательно, дистальный конец желобка может иметь конусовидную форму, способствующую прокалыванию в ткань. Желобок с лигатурой проталкивают сквозь ткань 52, вероятно, но не обязательно, сквозь предварительно сформированное отверстие, до тех пор, пока желобок полностью не выйдет из ткани. Затем на желобок воздействуют теплом при натянутой лигатуре, при этом полимерный желобок релаксирует с образованием шайбы 50b, которая надежно фиксирует узел и предотвращает его вытягивание обратно сквозь ткань. Таким образом формируется якорный фиксатор для лигатуры, удерживающей отдельный участок ткани в тесном контакте с первым участком ткани.
На Фиг. 22 показана пробка из тянутого полимера 53 с двумя отверстиями (54, 55), предназначенная для использования в качестве лигатурного якорного фиксатора в ткани кости 56. Первое отверстие 54 расположено эксцентрично в пробке и содержит в себе лигатуру, проведенную сквозь это отверстие и завязанную в узел. Второе отверстие 55 предназначено для установки нагревателя, необходимого для запуска релаксации полимера и надежной фиксации в отверстии. Затем лигатура надежно фиксируется в кости.
На Фиг. 23 показан лигатурный якорный фиксатор, который образован при вытягивании округлой пулевидной частицы из ППФ. При активации соответствующим стимулом частица превращается в толстый цилиндр. На Фиг. 23а представлен лигатурный якорный фиксатор 57 овальной формы с отверстием 58 с центральной ориентацией, которое подстраивается под материал лигатуры 60. Это устройство может быть установлено в специально подготовленное место расположения якорного фиксатора (Фиг. 23b), которое может быть ортопедическим операционным полем с кортикальным слоем кости 61 и губчатой костью 62 с отверстием 59. Устройство 57 устанавливают в вертикальном положении в предварительно подготовленное отверстие 57, при этом сквозь устройство 58 продета лигатура 60. При активации (см. Фиг. 23с) якорное фиксирующее устройство 57 приобретает форму округлого диска, фиксирующего лигатуру 60 в месте расположения якорного фиксатора 59.
В качестве альтернативы якорные фиксирующие устройства могут быть модифицированы с использованием материалов с памятью формы для повышения прочности фиксации в заданном месте. На Фиг. 24а представлено продолговатое устройство 63, которое может быть выполнено из материала с памятью формы либо из материала, отличного от материала с памятью формы, лигатуры 65 и дополнительного активатора 64. Активатор может включать материал с памятью формы и может иметь определенную ориентацию или форму. На Фиг. 24b представлен пример ортопедического операционного поля с кортикальным слоем кости 67 и губчатой костью 68, и с предварительно подготовленным местом 66 для установки якорного фиксатора, с установленным примером устройства 63. Лигатура 65 может быть проведена под устройством 63. При активации (Фиг. 24с) штыри устройства 63 перемещаются наружу. Это происходит с помощью активатора 64, который может быть выполнен из материала с памятью формы и релаксировать в продольном направлении, заставляя штыри устройства перемещаться.
Материалы с памятью формы также могут быть использованы для улучшения фиксации лигатуры внутри устройства. На Фиг. 25 показано лигатурное якорное фиксирующее устройство 66 с компонентом с памятью формы 67а. Лигатуру 68 проводят сквозь маленький промежуток 67b в компоненте с памятью формы 67а в более широкую полость 67с. Устройство с резьбой вкручивают в необходимое место, затем активируют компонент с памятью формы 67а, что обеспечивает надежную фиксацию лигатуры на месте.
Якорные фиксаторы могут быть произведены с альтернативно напряженными компонентами, что позволяет получать материалы с заранее заданными свойствами для обеспечения лучшей фиксации. На Фиг. 26а представлено устройство с памятью формы 70 с компонентами из двух различно напряженных материалов; область 71 является областью с низким напряжением, а область 72 является областью с высоким напряжением. Устройство 70 устанавливают в предварительно подготовленное место 75 для якорного фиксатора с кортикальным слоем 73 кости и губчатой костью 74, при этом лигатура 69а проведена сквозь отверстие в устройстве 69b. При активации, как показано на Фиг. 26b, часть с высоким напряжением 72 устройства 70 деформируется таким образом, что результирующий диаметр повышает прочность фиксации устройства в губчатой кости 74. Часть с низким напряжением 71 также деформируется с целью фиксации в кортикальном слое кости 73.
Якорные фиксаторы с памятью формы могут быть модифицированы геометрически или физически с целью подстройки под тип лигатуры. На Фиг. 27а показан якорный фиксатор с памятью формы 76 с множеством отверстий 77а-с по вертикали, обеспечивающих 8-образную укладку лигатуры 78. В качестве альтернативы отверстия 79 могут располагаться в продольном направлении, как представлено на Фиг. 27b, что обеспечивает альтернативные варианты укладки лигатуры 78 в устройстве 76.
В качестве альтернативы геометрия устройства с памятью формы может быть модифицирована с целью подстройки под различные типы лигатур, как показано на Фиг. 27с. Клиновидное овальное устройство 80 имеет центральные желобки 81, изготовленные таким образом, что лигатура 78 может быть зафиксирована ними после активации.
Якорные фиксаторы с памятью формы также могут быть использованы для фиксации в теле пациента спиц и других ортопедических инструментов. На Фиг. 28 показан якорный фиксатор с памятью формы 83 в конфигурации с раздвоенным штырем 86 и клиновидным отверстием 84 для приема спицы 85 или другого устройства. На Фиг. 28b показано активированное устройство, где спица 85 была вдавлена в центральное клиновидное отверстие 84. Фиксирующие штыри устройства 86 релаксируют в продольном направлении, а спица 84 фиксируется в устройстве 83.
Фиксирующие устройства, такие как заклепки и спицы, также могут быть изготовлены из материалов с памятью формы с различными свойствами, обеспечивающими улучшенную фиксацию. Эти якорные фиксаторы также могут быть использованы в совокупности с другими ортопедическими устройствами, такими как лигатуры и пластины. На Фиг.29а представлена заклепка с памятью формы 87, которая имеет часть из ППФ 88 и головку из материала, отличного от ППФ-материала. Также заклепка может включать отверстие 90 для проведения сквозь него лигатур 91 или других устройств. При активации (Фиг. 29b) ширина (y) части из ППФ (88) становится шире, а ствол становится короче, что фиксирует устройство в месте использования. Головная часть 89 из материала, отличного от ППФ-материала, сохраняет свою исходную форму и фиксирует устройство над поверхностью.
Фиксирующие винты, представленные на Фиг. 30а, могут быть модифицированы с использованием ППФ для улучшения фиксции имплантата и дополнительных внутренних устройств, таких как лигатуры. Винт с резьбой 92 включает хомут с памятью формы 93, огибающий устройство 92, и, необязательно, отверстие 95, идущее продольно сквозь центр устройства и содержащее лигатуру 94. При активации хомут с памятью формы 93 прижимает лигатуру 94 и фиксирует устройство 92 на месте.
В дополнение на Фиг. 30b-d показаны добавочные примеры заклепочных фиксирующих устройств, модифицированных с использованием материала с памятью формы для улучшения фиксации. На Фиг. 30b показано заклепочное фиксирующее устройство 96 с внутренним компонентом с памятью формы 97, который включает отверстие 98 для лигатуры 99. Устройство также включает головную часть 100 с дополнительными фиксаторами 101, расположенными в нижней половине заклепки 102. При активации (см. Фиг. 30с) нижняя половина 102 части с памятью формы 97 релаксирует, раздвигаясь наружу и усиливая сцепление фиксаторов 101 с окружающей тканью. Отверстие для лигатуры 98 также сокращается, фиксируя лигатуру 99 на месте. Заклепка также может иметь части с памятью формы, расположенные вдоль различных длин устройства, как показано на Фиг. 30d. Устройство 96 включает часть с памятью формы 97 в центральной области 102 устройства с фиксаторами 101, также расположенными в этой области. При активации часть с памятью формы 97 релаксирует в продольном направлении, выталкивая фиксаторы 101 в направлении наружу.
Для изготовления устройств с памятью формы можно применять различные технологии. На Фиг. 31а представлено устройство с памятью формы, изготовленное по технологии литья под давлением 103 с двумя разветвляющимися штырями 105, расположенными на нижней половине устройства 104, а также с отверстием для лигатуры 106. Такое открытое положение устройства образовано в процессе холодного прессования, что придает свойства памяти формы соответствующим участкам устройства. На Фиг. 31b представлено устройство, изготовленное по технологии холодного прессования с разветвляющимися штырями 105, расположенными в области 104 при пребывании устройства в закрытом положении. Разветвляющиеся штыри 105 обладают памятью формы и при активации соответствующим стимулом расширяются наружу.
Материалы с памятью формы могут быть использованы в качестве блокирующего механизма в существующих устройствах для фиксации различных элементов или для инициации изменения другого материала. На Фиг. 32а представлено якорное фиксирующее устройство с памятью формы 107, с частями с памятью формы 109 и захватывающей деталью 108 внутри частей с памятью формы 109. Лигатуру 101 проводят сквозь захватывающую деталь 108 и внутри удерживающей зоны 111 захватывающей детали. При активации (как показано на Фиг. 32b) части с памятью формы 109 релаксируют, вызывая фиксацию захватывающей деталью 108 лигатуры 110, расположенной внутри удерживающей зоны 111 захватывающей детали. В качестве альтернативы захватывающая деталь 108 может быть выполнена целиком из материала с памятью формы внутри устройства, изготовленного из материала, отличного от ППФ-материала. При активации захватывающая деталь 108 релаксирует с фиксацией лигатуры на месте внутри устройства. Трубки с памятью формы также можно использовать в комбинации с лигатурами для фиксации и внутри нужного места в хирургическом поле. На Фиг. 32с показана ППФ-трубка 112 с лигатурой 110, идущей сквозь центр.
Эффект памяти формы также может быть использован для активации устройств без памяти формы. На Фиг. 33b показано якорное фиксирующее устройство 112 с зазубринами и с ушком 113, лигатурой 114, идущей сквозь ушко 113, а также частью с памятью формы 115, содержащейся в определенном сегменте устройства 116. При активации (см. Фиг. 33а) часть с памятью формы 115 релаксирует и перемещает верхний сегмент устройства 116 наружу, обеспечивая фиксацию.
Если устройство с памятью формы во время релаксации перемещается, это может привести к потере натяжения лигатуры. На Фиг.34а показано устройство, у которого отсутствуют проблемы, связанные с потерей натяжения и размещения лигатуры. Устройство 117 включает часть с памятью формы 118 и часть с памятью формы/часть без памяти формы 119 с ушком 122, а также участок для прикрепления лигатуры 120, проведенной сквозь ушко 122. Лигатура 121 проведена сквозь участок для прикрепления лигатуры 120. Затем устройство вставляют в предварительно подготовленное место (Фиг. 34b) в кортикальном слое кости 123 и в губчатой кости 124. При релаксации часть с памятью формы 118 образует структуру в форме бруска, фиксирующую и втягивающую лигатуру 121 посредством области для прикрепления лигатуры 120 в устройстве.
На Фиг. 34 с представлен альтернативный вариант воплощения заявленного изобретения, где устройство 117 выполнено из материала с памятью формы 118 с наружной оболочкой, выполненной из материала без памяти формы 119. Устройство также имеет дополнительный участок для прикрепления лигатуры 120, который позволяет прикреплять лигатуру 121. При релаксации (Фиг. 34d) часть с памятью формы 118 релаксирует в продольном направлении, заставляя лигатуру 121 натягиваться и располагаться внутри участка для прикрепления лигатуры 120.
На Фиг. 44 и Фиг. 45 показан вариант воплощения заявленного изобретения - устройство 200, которое включает часть из ППФ-материала и часть из материала, отличного от ППФ-материала. В частности, на Фиг. 44 представлена схема процесса производства устройства 200. Устройство 200 образовано из компонента с ППФ-материалом 202 и компонента из материала, отличного от ППФ-материала 204, например, из литого пластика. Соответствующим образом, компонент из материала, отличного от ППФ-материала 204, включает один или более желобков 210а, 210b на своей наружной поверхности, имеющих такой размер, чтобы принимать одну или более лигатур 206, 208. Лигатуры проходят вниз вдоль длины желобка на первой латеральной поверхности, вокруг дистального конца 212 якорного фиксатора и вверх вдоль противоположной латеральной поверхности. При использовании компонент из ППФ-материала активируется, вызывая радиальное расширение компонента из ППФ-материала, что приводит к удерживанию лигатур напротив поверхности полости, в которой установлен якорный фиксатор.
На Фиг. 46 показан дополнительный вариант воплощения заявленного изобретения, включающий лигатурное якорное фиксирующее устройство 300, целиком выполненное из ППФ-материала. Устройство 300 включает один или более желобков 310а, 310b, 310 с, 310d на наружной поверхности, размер которых подстраивается под лигатуру согласно описанию выше. Устройство 300 включает один или более центральных каналов 314а, 314b, предназначенных для приема направляющих прутков инструмента 400.
На Фиг. 47 показан инструмент 400 для установки лигатурного якорного фиксатора, изображенного на Фиг. 46. Инструмент 400 включает часть направляющих прутков 402а, 402b, которые подходят к каналам 314а, b устройства для облегчения установки. Инструмент также включает нагреватель, который может питаться через направляющие прутки.
Примеры
Пример 1
Прототип гибридного якорного фиксатора 1
Для производства прутка для канального вытягивания 500 г поли(DL-лактид-согликолида) (PDLGA) 85:15, предоставленного компанией Purac Biomaterials, сушилось под вакуумом при 50°C на протяжении 3 дней. Высушенный полимер хранили в запаянных пакетах с пакетиками дессиканта, сколько требовалось. Затем полимер подвергали экструзии, используя экструдер Prism с конической рабочей частью диаметром 3 мм, ленту воздухоохлаждаемого отводного механизма экструдера, гусеничный отводной механизм экструдера с воздухоохлаждаемым кольцом, размещенным между лентой и гусеничным отводным механизмом экструдера. Полимер подавали в экструдер со скоростью 750 г/ч с помощью управляемого компьютером подающего устройства для гранулированного материала и скоростью вращения 225 оборотов/мин. Экструзия проводилась при следующих условиях:
Скорость отводного механизма экструдера и ленты варьировалась для обеспечения диаметра прутков в диапазоне от ~3,5 до 1 мм. Пруток разрубали на отрезки по 0,5-1 м по мере его появления из гусеничного отводного механизма экструдера. Прутки упаковывали в пластиковую тубу с дессикантом и помещали в морозильную камеру.
Пруток из полимера с памятью формы производили по технологии канального вытягивания. Канальное вытягивание прутка, изготовленного вышеописанным образом, производили путем вытягивания прутка сквозь нагреваемую конусовидную рабочую часть, установленную на аппарат Instron 5569 Universal Testing Machine, оборудованный ячейкой загрузки с 1 кН. Диаметр конусовидной рабочей части составлял 1,5 мм и конусовидная рабочая часть контролировалась при температуре 65°C. Диаметр прутка до вытягивания составлял 3,17 мм, а после вытягивания 1,40 мм, при этом степень вытяжки (итоговая длина/исходная длина) составляла 5,13.
Расчет степени вытяжки производили следующим образом:
Свойства восстановления формы этого прутка испытывали путем нагревания в воздухе при температуре 80°C или в воде при температуре 37°C. Значения длины образцов периодически измеряли до тех пор, пока не наблюдалось дальнейшего изменения формы.
Расчет коэффициента восстановления и % восстановления формы производили следующим образом:
При обработке воздухом с температурой 80°C коэффициент восстановления составлял 4,5, а % восстановления формы составлял 96,6%. При обработке водой с температурой 37°C коэффициент восстановления составлял 4,32, а % восстановления формы составлял 95,5%.
Гибридный якорный фиксатор из ППФ был произведен путем модификации стандартного якорного фиксатора PEEK (BIORAPTOR 2.3PK производства компании Smith & Nephew). В концах якорных фиксаторов были просверлены отверстия глубиной 5,5 мм и диаметром 1,6 мм, которые затем были разрезаны с обеих сторон для создания отверстия на всю длину. Затем в созданное отверстие был установлен пруток из ППФ длиной 5 мм и диаметром 1,4 мм. Это изделие получило название Прототип 1, см. Фиг. 35.
Пример 2
Прототип гибридного якорного фиксатора 2
Из высушенного PDLGA из Примера 1 методом литья были изготовлены прутки диаметром приблизительно 6 мм и длиной приблизительно 55 мм с помощью аппарата для литья под давлением Haake MiniJet Injection Moulder. Литье производили в следующих условиях:
Для изготовления из этого прутка полоски с памятью формы пруток сжимали в прессе. Литой пруток нагревали в печи между металлическими пластинами при температуре 50°C; между пластинами также устанавливали прокладки толщиной 0,8 мм для придания ППФ определенной толщины. Затем пластины удаляли из печи, помещали в гидравлический пресс с плитами, охлажденными до температуры ниже 20°C.
Затем пресс немедленно закрывали и прилагали давление в 200 кН до тех пор, пока пластины или пруток не охлаждался; после охлаждения пластин или полоски из ППФ пресс открывали и извлекали полоску из ППФ.
Расчет максимального коэффициента деформации полоски из ППФ производили следующим образом:
Диаметр начального прутка составлял 5,35 мм, а длина 54,52 мм; толщина полоски из ППФ составляла 1,22 мм, а длина 60,66 мм, что обеспечивало коэффициент деформации в 3,94.
Для производства гибридного якорного фиксатора с использованием полоски из ППФ в устройстве BIORAPTOR 2.3PK была сделана прорезь шириной 1,3 мм, затем был выполнен разрез от верхней части прорези до конца якорного фиксатора. Прорезь была наполнена полоской из ППФ от середины литого листа для обеспечения соответствия. Это изделие получило название Прототип 2, см. Фиг. 35.
Пример 3
Прототип гибридного якорного фиксатора 3
Прутки, изготовленные по технологии литья под давлением, согласно описанию в Примере 2, были подвергнуты канальному вытягиванию согласно описанию в Примере 1, за исключением того, что размер конусовидной рабочей части составлял 3 мм или 2,75 мм, а рабочая температура составляла 55°C или 58-62°C, соответственно. Начальный диаметр прутков составлял 5,25 мм, а конечный диаметр составлял либо 2,9 мм (для конусовидной рабочей части диаметром 3 мм), либо 2,7 мм (для конусовидной рабочей части диаметром 2,75 мм).
Средняя степень вытяжки образцов 2,9 мм составляла 3,21. Свойства восстановления измеряли в воде при температуре 37°C согласно описанию в Примере 1, и было установлено, что восстановление формы прутков составляло 99,1%.
Средняя степень вытяжки образцов 2,7 мм составляла 3,79. Свойства восстановления измеряли в воде при температуре 37°C согласно описанию в Примере 1, и было установлено, что средний коэффициент восстановления составлял 3,4, а среднее восстановление формы прутков составляло 95,41%.
Прутки из ППФ, изготовленные по технологии канального вытягивания, были разрезаны на отрезки по 4,5 мм. От якорных фиксаторов BIORAPTOR 2.3PK были отделены концы 4,5 мм и заменены на куски из ППФ-прутков с целью создания гибридного якорного фиксатора. Это изделие получило название Прототип 3, см. Фиг. 35.
Пример 4
Прототипы прутков из ППФ диаметром 2,7 мм
Были использованы тянутые прутки диаметром 2,7 мм, описанные в Примере 3. Прутки были разрезаны на отрезки с длиной, равной длине контрольных якорных фиксаторов BIORAPTOR™ (11,5 мм), и на одном конце была сделана прорезь для установки лигатуры (Фиг. 36).
Пример 5
Прототипы прутков из ППФ диаметром 1,9 мм
Пруток из PDLGA 85:15 диаметром 3,3 мм был произведен путем экструзии согласно описанию в Примере 1. Затем пруток был подвержен канальному вытягиванию, как и в Примере 1, за исключением того, что диаметр конусовидной рабочей части составлял 2 мм, а рабочая температура составляла 60°C. Результирующий диаметр тянутого прутка из ППФ после вытягивания составлял 1,9 мм, а степень вытяжки составляла 2,99. Свойства восстановления измеряли в воде при температуре 37°C согласно описанию в Примере 1, и было установлено, что среднее восстановление формы прутков составляло 98,5%.
Прутки были разрезаны на отрезки с длиной, равной длине контрольных якорных фиксаторов BIORAPTOR™ (11,5 мм), и на одном конце была сделана прорезь для установки лигатуры (Фиг. 36).
Пример 6
Прототипы прутков из ППФ диаметром 0,71 мм
Пруток из PDLGA 85:15 диаметром 1,57 мм был произведен путем экструзии согласно описанию в Примере 1. Затем пруток был подвержен канальному вытягиванию, как и в Примере 1, за исключением того, что диаметр конусовидной рабочей части составлял 0,75 мм, а рабочая температура составляла 60°C. Результирующий диаметр тянутого прутка из ППФ после вытягивания составлял 0,71 мм, а степень вытяжки составляла 4,89. Свойства восстановления измеряли в воде при температуре 37°C согласно описанию в Примере 1, и было установлено, что коэффициент восстановления составлял 3,73, а восстановление формы прутков составляло 92,0%.
Пруток из ППФ был разрезан на отрезки по 5 мм длиной, которые были оставлены без прорезей.
Пример 7
Испытание извлечения гибридных якорных фиксаторов с помощью пенной модели кости «Sawbones™» с плотностью 10PCF
Силу извлечения измеряли с использованием аппарата Instron 5569, оборудованного ячейкой загрузки на 1 кН. Образцы испытывали на твердой жесткой полиуретановой пене с плотностью 10 PCF (фунтов на кубический фут) (Sawbones AB, Швеция). Пену «Sawbones» разрезали для получения полос с поперечным сечением 3×3 см для обеспечения их установки в нижний алюминиевый зажим аппарата Instron. Отверстия в блоке сверлили с помощью сверла BIORAPTOR (2,6 мм) и направляющей сверла либо с помощью других сверел, на глубину, равную по меньшей мере 5-кратному диаметру устройства. Размеры использованных отверстий показаны в таблице ниже.
Якорные фиксаторы были установлены в испытательные блоки «Sawbones» с помощью установочного инструмента BIORAPTOR™ либо, если устройство не подходило к инструменту, с помощью жесткой проволоки. Для каждого эксперимента было приготовлено и испытано четыре копии образцов. При влажном испытании в отверстия заливали воду перед установкой устройства.
Контрольные образцы испытывали непосредственно после установки, испытуемые образцы с памятью формы выдерживали в воде с температурой 37°C для активации восстановления формы. Время инкубации составляло 40 часов для изделий диаметром от 2 до 3 мм, 24 часа для изделий диаметром менее 2 мм. Перед использованием все образцы оставляли при комнатной температуре для остывания.
-1
-1
Устройства подвергались извлечению из блока за лигатуру со скоростью 508 мм*мин (20 дюймов*мин). Регистрировалась максимальная нагрузка.
В Таблице 2 и на Фиг. 37 показаны результаты испытаний на извлечение гибридных якорных фиксаторов из пены «Sawbones» плотностью 10PCF. Этот материал является моделью кости относительно плохого качества, кости с низкой плотностью. Полученные результаты свидетельствуют об увеличении силы, необходимой для извлечения активированных (после восстановления) прототипов 1 и 3 гибридных якорных фиксаторов из ППФ в сравнении с контрольным устройством BIORAPTOR™, и особенно это относится к прототипу 3, в отношении которого наблюдалось >400% увеличение силы извлечения.
Пример 8
Испытание на извлечение устройств, изготовленных из ППФ-прутков, из стандартных и увеличенных отверстий в пене «Sawbones» 10PCF
Испытание на извлечение проводилось согласно описанию в Примере 7 с использованием устройств, изготовленных из ППФ-прутков. Считалось, что используемое отверстие диаметром 2,6 мм имело «стандартный размер» для контрольного устройства BIORAPTOR™ и устройств из прутков диаметром 2,7 мм, но имело увеличенный диаметр для якорного фиксатора из ППФ-прутка диаметром 1,91 мм. Отверстие диаметром 3 мм использовалось в качестве отверстия с увеличенным диаметром для контрольного устройства BIORAPTOR™ и якорного фиксатора из ППФ-прутка диаметром 2,7 мм. Результаты испытания на извлечение показаны в Таблице 3 и на Фиг. 38.
На основании результатов, показанных на Фиг. 38, видно, что активированный якорный фиксатор из ППФ диаметром 2,7 мм характеризуется повышением силы извлечения на >800% в сравнении с контрольным устройством BIORAPTOR аналогичного размера в стандартном отверстии.
В увеличенном отверстии контрольное устройство BIORAPTOR™ не проявляло какого-либо значимого сопротивления силе извлечения. С другой стороны, пруток из ППФ диаметром 2,7 мм характеризовался сходной силой извлечения как в стандартном, так и в увеличенном отверстии.
Пруток диаметром 1,9 мм в отверстии 2,6 мм, тем не менее, характеризовался повышением силы извлечения на >300% в сравнении с контрольным устройством BIORAPTOR, установленным в отверстие такого же размера.
Пример 9
Испытание на извлечение гибридного якорного фиксатора и якорного фиксатора, изготовленного из ППФ-прутка, из стандартных отверстий в ламинированной пене «Sawbones» 15/30PCF
Гибридный прототип 3, а также якорные фиксаторы, изготовленные из ППФ-прутков диаметром 1,91 мм и 2,7 мм, были испытаны на силу извлечения согласно описанию в Примере 7, но в этом случае использовали «Sawbones» 15PCF из твердой жесткой полиуретановой пены, ламинированной слоем из пены с плотностью 30PCF и толщиной 2 мм. Эта модель имитирует губчатую кость нормального качества с более плотным кортикальным слоем кости. В этом случае диаметр отверстия был 2,6 мм. Контрольное устройство BIORAPTOR™ испытывали как в сухих, так и во влажных условиях. Все содержащие ППФ якорные фиксаторы испытывали во влажных условиях перед или после инкубации при температуре 37°C для активации ППФ.
Как видно из Таблицы 4 и Фиг. 39, силы извлечения были намного выше, чем в модели «кости низкого качества» (пена 10PCF).
Якорный фиксатор из ППФ-прутка диаметром 1,91 мм снова продемонстрировал хорошие характеристики фиксации в увеличенном (2,6 мм) отверстии.
Якорный фиксатор из ППФ-прутка диаметром 2,7 мм после восстановления продемонстрировал значение силы извлечения, которое было на 185% выше, чем таковая для контрольного якорного фиксатора BIORAPTOR.
Гибридный якорный фиксатор диаметром 2,7 мм - Прототип 3 - обладал значением силы извлечения, которое было на 128% выше, чем таковая для контрольного якорного фиксатора BIORAPTOR.
Пример 10
Испытание на извлечение якорных фиксаторов, изготовленных из ППФ-прутка диаметром 0,71 мм, из пены 10PCF «Sawbones»
Обращение и испытание якорных фиксаторов, изготовленных из ППФ-прутка диаметром 0,71 мм, были затруднено по причине их малого размера. Их испытание на силу извлечения проводилось согласно описанию в Примере 7 с использованием отверстий диаметром 1 мм и 1,5 мм в твердой жесткой полиуретановой пене 10PCF «Sawbones». Результаты представлены в Таблице 5.
Несмотря на то, что силы извлечения были ниже, чем таковые для контрольного устройства BIORAPTOR™, полученные результаты указывают на то, что ППФ-устройство может продемонстрировать хорошие характеристики фиксации даже в увеличенных отверстиях. Более того, тогда как сила извлечения из отверстия диаметром 1,0 мм составляет приблизительно 60% от таковой для устройства BIORAPTOR, размер ППФ-устройства составляет всего лишь около одной четверти от контроля.
Пример 11
Внешний вид устройств после восстановления
После испытания на извлечение образцы фотографировали для регистрации их внешнего вида и степени изменения их формы. Примеры представлены на Фиг.40.
Во всех случаях во время восстановления формы ППФ в составе устройств расширялся на больший диаметр, чем размеры установочного отверстия. Это лежит в основе повышения силы извлечения, наблюдаемого в сравнении с контрольным устройством и устройствами до восстановления. ППФ при 15PCF расширялся не в такой степени, как при 10PCF. Это обусловлено тем, что материал «Sawbones» 15 PCF плотнее и, следовательно, жестче, чем материал «Sawbones» 10 PCF, что обеспечивает большее сопротивление расширению ППФ.
Пример 12
Безузловой лигатурный якорный фиксатор
-1
Прутки диаметром 4,3 мм из поли(D,L-лактид-согликолида) 85:15 были изготовлены с помощью двухшнекового экструдера. Затем прутки были протянуты сквозь конусовидную рабочую часть диаметром 2,0 мм при температуре 85°C со скоростью 30 мм*мин, что позволило получить прутки из ППФ с диаметром приблизительно 1,35 мм. Пруток из ППФ был разрезан на отрезки по 10 мм и отпрессован для получения более прямоугольного поперечного сечения. Пруток из ППФ и металлические прокладки толщиной 0,8 мм были размещены между металлическими пластинами и были подвергнуты воздействию давления в 50 кН при температуре 20°C. Затем в нижней части устройства было просверлено отверстие диаметром 1,0 мм, затем оно было сглажено с помощью скальпеля; конец устройства закруглен с помощью надфиля для получения устройства со стандартными значениями: 10,20 в длину, 1,89 мм в ширину и 0,83 мм в толщину (Фиг. 41). Затем сквозь отверстие устройства были проведены две лигатуры разной длины размером 1 ULTRABRAID™ (производства Smith and Nephew).
Устройство имплантировали в отверстие диаметром 1,8 мм и глубиной 15 мм в блоке 15 PCF «Sawbones» таким образом, чтобы верхняя часть устройства была на 2 мм ниже поверхности блока.
Лигатуры помечали красным цветом в местах, где они входили в имплантационное отверстие, и синим цветом в местах, где они выходили из имплантационного отверстия. Удерживая устройство в отверстии, тянули лигатуры по одной за раз с синей стороны для вытягивания их сквозь устройство. Перемещение маркировки на лигатурах указывало на то, что последние свободно перемещаются в имплантате, поэтому можно настроить натяжение. Устройства активировали для блокировки лигатур и фиксации якорного фиксатора путем погружения блока «Sawbones» в воду и инкубирования его там при температуре 37°C на протяжении 3 дней.
Для моделирования применения устройства in-vivo части лигатуры на одной стороне, где они были потянуты, разрезаются скальпелем, оставляя лишь две "натянутые" части.
-1
-1
Сила фиксации устройств испытывалась посредством попыток вытягивания их из блока и измерения необходимой силы. Для этого оба конца лигатуры тянули одновременно со скоростью 508 мм*мин (20 дюймов в минуту). Три устройства были испытаны, в результате чего была зарегистрирована средняя максимальная сила извлечения в 45,0 Н.
Пример 13
Пример 1 маленького лигатурного якорного фиксатора (отверстие диаметром 1,4 мм)
-1
Прутки диаметром 4,3 мм из поли(D,L лактид-согликолида) 85:15 были изготовлены с помощью двухшнекового экструдера. Затем прутки вытягивали сквозь конусовидную рабочую часть диаметром 2,0 мм при температуре 85°C со скоростью 30 мм*мин, в результате чего получался ППФ-пруток диаметром приблизительно 1,35 мм. Затем эти прутки разрезали на отрезки по 7 мм длиной и производили разрез в нижней части (Фиг. 42), в который помещали лигатуру #2 ULTRABRAID™ (Smith and Nephew).
-1
-1
Устройство устанавливали путем размещения его внутри иглы шприца с удаленным острием: удерживая иглу напротив отверстия диаметром 1,4 мм и глубиной 8 мм в 15 PCF «Sawbones», проталкивали устройство в отверстие, вводя металлический стержень в иглу шприца. Устройства активировали путем погружения блока «Sawbones» в воду и инкубирования его там при температуре 37°C на протяжении 2 дней. Сила фиксации устройства испытывалась посредством попыток вытягивания его из блока и измерения необходимой силы. Для этого концы лигатуры тянули одновременно со скоростью 508 мм*мин (20 дюймов в минуту). Четыре устройства были испытаны, в результате чего была зарегистрирована средняя максимальная сила извлечения в 43,8 Н.
Пример 14
-1
Прутки диаметром 1,60 мм из поли(D,L лактид-согликолида) 85:15 были изготовлены с помощью двухшнекового экструдера. Затем прутки вытягивали сквозь конусовидную рабочую часть диаметром 0,75 мм при температуре 80°C со скоростью 30 мм*мин, в результате чего получался ППФ-пруток диаметром приблизительно 0,58 мм. Затем эти прутки разрезали на отрезки по 12 мм длиной, сгибали пополам (Фиг. 43, обозначено "А") и устанавливали на плетеную мультифиламентную лигатуру USP размером 1 (Trogue Ref:75221) (Фиг. 43, см. "В").
-1
-1
Затем устройство помещали в доставочную трубку таким образом, чтобы два конца устройства удерживались параллельно друг другу, выходя из конца трубки, при этом лигатура должна быть зажата между ними. Устройство устанавливали в отверстие диаметром 1 мм, глубиной 8 мм в 15 PCF «Sawbones» путем размещения в отверстии концов устройства и продавливания устройства в отверстие, вводя металлический стержень в доставочную трубку. Три устройства было приготовлено и активировано путем погружения блока «Sawbones» в воду и инкубирования его там при температуре 37°C на протяжении 3 дней. Сила фиксации устройства испытывалась посредством попыток вытягивания его из блока и измерения необходимой силы. Для этого концы лигатуры тянули одновременно со скоростью 508 мм*мин (20 дюймов в минуту). Регистрировали среднюю максимальную силу извлечения, которая составила 20,3 Н.
Пример 15. Использование технологии многокомпонентного формования для производства гибридного устройства
Инструмент для многослойного литья для винта с резьбой был изготовлен из стали. Пулевидная заготовка из полиуретана (PU) была размещена в форме по длине и залита слоем такого же PU полимера с помощью машины Cincinnati Milacron для литья под давлением, в результате чего был получен многослойный винт. Обратное погружение в горячую воду привело к восстановлению формы многослойного винта.
Винт, изготовленный таким образом, был разрезан пополам и отполирован алмазной пастой для оценки его поперечного сечения. Поверхность изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Видимой границы между тянутым ППФ-прутком и наслоенным полимером обнаружено не было.
Эти примеры демонстрируют, что для лигатурных якорных фиксаторов, содержащих ППФ, характерно следующее:
- повышенная прочность фиксации, особенно в кости плохого качества;
- прочность фиксации практически не зависела от качества кости;
- прочность фиксации практически не изменялась в отверстиях повышенного диаметра;
- допустимо использование якорных фиксаторов диаметром менее 2 мм, например, 1 мм, 1,2 мм, 1,4 мм 1,6 мм или 1,8 мм; и
- в кости могут быть созданы полости диаметром менее 2 мм, например, полости диаметром 1 мм, 1,2 мм, 1,4 мм, 1,6 мм или 1,8 мм.
В описании и формуле представленных спецификаций термины «включает» и «содержит», и их вариации означают «включают, но не ограничиваются», и они не предназначены для исключения (и не исключают) другие вещества, присадки, компоненты, цельные части или этапы. В описании и формуле представленных спецификаций термины в единственном числе подразумевают и множественное число, если контекст не требует обратного. В частности, там где используется неопределенное количество, спецификацию следует понимать как охватывающую множественное и единственное числа, если контекст не требует обратного.
Следует понимать, что свойства, целые части, характеристики или группы, описанные относительно конкретного аспекта, варианта воплощения или примера заявленного изобретения, применимы к любому другому аспекту, варианту воплощения или примеру, описанному здесь, за исключением случаев несовместимости. Все особенности, раскрытые в настоящей спецификации (включая любые сопроводительные формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все этапы любого способа или процесса, таким образом раскрытого, могут быть скомбинированы в любом варианте, за исключением комбинаций, при которых по меньшей мере некоторые из свойств и/или этапов являются взаимоисключающими. Заявленное изобретение не ограничено какими-либо деталями любого из вышеупомянутых вариантов воплощения. Изобретение распространяется на любое новшество или новую комбинацию свойств, раскрытых в настоящей спецификации (включая любые сопроводительные формулы изобретения, реферат и чертежи), или любое новшество, или новую комбинацию свойств, этапов любого способа или процесса, таким образом раскрытого.
Внимание читателя направлено на все бумаги и документы, представленные одновременно с или до представления настоящей спецификации в связи с настоящей заявкой, которые являются открытыми для публичного доступа с данной спецификацией, а содержание всех упомянутых бумаг и документов включено сюда путем ссылки.