Способ подготовки поверхности имплантатов для протезирования Советский патент 1990 года по МПК A61B18/20 A61N7/00 

Изобретение относится к медицине.

Целью изобретения является улучшение врастания костной ткани в конструкцию материала за счет учета скорости процесса регенерации и скорости процесса рассасывания материала.

Способ осуществляют следующим образом.

Для отработки технологии и выявления положительного эффекта были изготовлены различные варианты образцов из различных материалов (полиэтилен ПОВММ, сталь 18X9 ЮТ, сплав ВТ1 - 1, керамика и композиты). Технология изготовления образцов из полиэтилена включает в себя следующие операции: изготовление армирующих элементов и их заливка под давлением в пресс- формах, удаление литников из заусенец, термостабилизация. Последующая лазерная обработка производится на лазерной установке типа ЛТН-103 или «КВАНТ-12 с фокусирующей системой и приспособлением для ориентации заготовки, в качестве

которого использовали стол оТ станка с ЧПУ. Программа управления движением стола учитывает конфигурацию изделия, материал изделия, геометрию наносимых лунок и режим работы лазерного оборудования. При обработке сложной геометрии элементов конструкции эндопротеза процесс идет в автоматическом режиме без участия оператора и обеспечивает соблюдение всех технологических параметров. Мощность лазерного излучения определяется технологическим процессом и лежит в пределах 0,7-1,5 Дж при длительности импульса 0,1 - 0,5 мс. В результате проведенных экспериментов установлены следующие средние значения параметров: диаметр лунок S/i 0,01 -1,5 мм, глубина лунок ,03- -1,7 мм, шаг нанесения лунок , 1 - -0,2 мм, скважность лунок (отношение глубины к среднему диаметру) ,5-10. Кроме того, геометрия лунок может предусматривать не только выполнение отдельных лунок кратерной формы от воздейстсд

со

CD

О

го

00

ВИЯ единичного импульса, но и удлиненные микропазы различной формы и ориентации. Таким образом, лазерная технология дает широкие возможности создания искусственной архитектоники, которая может рационально согласовываться с архитектоникой натурной костной ткани.

При лазерной технологии приготовления материала для имплантата обработка имеет свои особенности. Так, в случае обработки

всевозможными добавками как лечебных, так и стимулирующих рост костной ткани препаратов.

Особое значение- для биорастворимого материала имеет его твердость, которая влияет на течение процесса эндопротезирования. Так, в случае если эластичность и твердость биорастворимого материала меньше, нежели у основы, в которой выполнены лунки, то при монтаже плотной посадкой за

лунок с близкорасположенными рядами, с ша- 10 счет обжатия костной тканью происходит

гом Stu (0,5-0,8) S/, происходит тепловая деформация лунок, оплавление за счет уменьшения тела Материала после обработки пре- дыдуш.его ряда ячеек. Для исключения этого отрицательного эффекта и для повышения качества обработанной поверхности предлагается первоначально проводить лазерную обработку через ряд, а потом при мош,ности лазерного луча уменьшенной на 30-40%, обработку ранее пропущенного ря15

выдавливание биорастворимого материала из пор и его замещение костной стружкой. В случае большей твердости биорастворимого материала возможно его выкрашивание из лунок основного материала. Исходя из приведенных исследований и теоретических предположений твердость биорастворимого материала может находиться в пределах 35-81 ед.по Шору.

Для нанесения биорастворимого покрыда. Далее после контроля производят нане- 20 тия в лабораторных условиях необходимо сение биорастворимого материала. В случаеследующее оборудование: емкость для раствора, излучатель ультразвуковых колебаний с частотой 20-300 кГц, сушильный шкаф.

необходимости выполнения поверхности имплантата с большой пористостью возможно нанесение микролунок лазерной технологией на уже существующую поверхность с готовой микроструктурой, ранее выполненной другими технологическими способами, например накаткой кокильным литьем и др. Макролунки могут быть нанесены также лазерной технологией с необходимой фоку25

щетки для удаления излищков состава, скребки.

Изделие предварительно обезжиривают и очищают от технологических остатков, после чего его окунают в емкость с составом с одновременным озвучиванием ультразвуковыми колебаниями с частотой 20-

сировкой лазерного луча. На втором этапе 300 кГц. Проведенные исследования показаобработки микролунок они наносятся посредством лазерной технологии.

Что же касается выбора шага размещения лунок в реальных условиях проектирования эндопротезов крупных суставов, то он должен определяться архитектоникой костной ткани и функциональной нагрузкой. Так, например, в случае разработки конструкции тазобедренного сустава в его вертельной части пористость должна быть выполнена большей, нежели в нижней части ножки. Кроме того, пористость может изменяться по сечению ножки эндопротеза, а геометрия лунок может изменяться в широких пределах в зависимости от состояния костной ткани.

35

ли, что ведение процесса без ультразвуковой обработки снижает количество нанесения покрытия и только 5-20% пор могут быть полностью закрыты биорастворимым составом. В то же время при использовании ультразвукового озвучивания за счет возникновения капиллярного эффекта было установлено полное заполнение лунок биорастворимым материалом. Кроме того, для улучшения сил адгезии биорастворимого материала к материалу, обработанно40 му лазерной технологией, целесообразно его предварительно покрывать тонким слоем поверхностно-активных веществ (ПАВ). Особенно необходима обработка ПАВ при использовании в качестве основного материала высокомолекулярного полиэтилена, имею

При дополнительном закрытии лунок биорастворимым материалом исключается за- бива,ние лунок основного материала при плотной установке эндопротеза. В качестве биорастворимого материала могут быть использованы, например, составы на основе желатина с добавками минеральных солей или инертных наполнителей (графит, аэро- сил, керамические материалы и т. п.). При проведении части исследований использовался состав, состоящий из бетатера- кальций фосфата 55%, желатина 35%, помо- ла кетгута 5%, циакрин - остальное. В общем случае биорастворимый состав может включать не только желатин в ка чест- ве основы, но и другие материалы со

всевозможными добавками как лечебных, так и стимулирующих рост костной ткани препаратов.

Особое значение- для биорастворимого материала имеет его твердость, которая влияет на течение процесса эндопротезирования. Так, в случае если эластичность и твердость биорастворимого материала меньше, нежели у основы, в которой выполнены лунки, то при монтаже плотной посадкой за

счет обжатия костной тканью происходит

счет обжатия костной тканью происходит

выдавливание биорастворимого материала из пор и его замещение костной стружкой. В случае большей твердости биорастворимого материала возможно его выкрашивание из лунок основного материала. Исходя из приведенных исследований и теоретических предположений твердость биорастворимого материала может находиться в пределах 35-81 ед.по Шору.

Для нанесения биорастворимого покрытия в лабораторных условиях необходимо следующее оборудование: емкость для раство

щетки для удаления излищков состава, скребки.

Изделие предварительно обезжиривают и очищают от технологических остатков, после чего его окунают в емкость с составом с одновременным озвучиванием ультразвуковыми колебаниями с частотой 20-

300 кГц. Проведенные исследования показа5

0

5

ли, что ведение процесса без ультразвуковой обработки снижает количество нанесения покрытия и только 5-20% пор могут быть полностью закрыты биорастворимым составом. В то же время при использовании ультразвукового озвучивания за счет возникновения капиллярного эффекта было установлено полное заполнение лунок биорастворимым материалом. Кроме того, для улучшения сил адгезии биорастворимого материала к материалу, обработанно0 му лазерной технологией, целесообразно его предварительно покрывать тонким слоем поверхностно-активных веществ (ПАВ). Особенно необходима обработка ПАВ при использовании в качестве основного материала высокомолекулярного полиэтилена, имею щего высокие гидрофобные свойства. Однако биологический состав ПАВ должен быть согласован с условиями пребывания конструкции в организме и биосовместимостью. Был проведен ряд экспериментов на собаках по следующей схеме: остеотомия в средней части бедренной кости задней конечности, подготовка специальным инструментарием костномозгового канала для проведения остеосинтеза, проведение внутри- костного остеосинтеза посредством штифтов, изготовленных по предлагаемой технологии. Выявление положительного эффекта проводилось на образцах выделенной бедренной кости, взятых у забитых животных. Образцы подвергались исследованию на стендах

для определения усилия врастания костной ткани в структуру материала. Для получения сравнительных результатов одновременно проводили остеосинтез с использованием образцов, подготовленных по известной технологии.

Проведенные исследования показали, что в сравнении с имплантатом, поверхность которого имела только углубления, выполненные пластическим деформированием, в предФормула изобретения

Способ подготовки поверхности импланта- тов для протезирования путем выполнения g углублений на поверхности имплантата, отличающийся тем, что, с целью улучшения врастания костной ткани в конструкцию материала, углубления на поверхности имплантата производят с фокусированным лазерным излучением, после чего полость обложенном варианте увеличилось усилие из- 10 разованных лунок переменной глубины завлечения штифтов из образцов костнойполняют биорастворимым материалом с од- ткани в 1,2-1,8 раза. В отдельных случаях было выявлено увеличение усилия в 2,6 раза, что говорит о повышенном эффекте влияния согласования архитектоники искусственного материала и натурной костной ткани.

новременным воздействием ультразвуковыми колебаниями, обработку лазерным лучом проводят с пропуском ряда лунок, причем об- .с работку ранее пропущенных рядов производят при уменьшении на 30-40% мощности лазерного излучения.

Формула изобретения

Способ подготовки поверхности импланта- тов для протезирования путем выполнения углублений на поверхности имплантата, отличающийся тем, что, с целью улучшения врастания костной ткани в конструкцию материала, углубления на поверхности имплантата производят с фокусированным лазерным излучением, после чего полость образованных лунок переменной глубины заполняют биорастворимым материалом с од-

личающийся тем, что, с целью улучшения врастания костной ткани в конструкцию материала, углубления на поверхности имплантата производят с фокусированным лазерным излучением, после чего полость образованных лунок переменной глубины заполняют биорастворимым материалом с од-

новременным воздействием ультразвуковыми колебаниями, обработку лазерным лучом проводят с пропуском ряда лунок, причем об- работку ранее пропущенных рядов производят при уменьшении на 30-40% мощности лазерного излучения.

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - улучшение врастания костной ткани в конструкцию материала. На поверхности имплантатов производят углубления сфокусированным лазерным излучением, после чего полость образованных лунок переменной глубины закрывают биорастворимым материалом с одновременным воздействием ультразвуковыми колебаниями, причем обработку лазерным лучом проводят с пропуском ряда лунок при оптимальной для данного материала мощности лазерного излучения, а обработку ранее пропущенных рядов производят при уменьшении на 30-40% мощности лазерного излучения. Способ может быть использован для обработки элементов конструкций эндопротезов крупных суставов, выполненных из специальных сплавов, пластических масс, композиционных материалов и керамики.