BR202014024100U2 - FEMORAL ISOELASTIC STEM MADE IN POLYMER - Google Patents

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BR202014024100U2
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peec
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isoelastic
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Marcelo Dall'onder Michelon
Luís Alberto Dos Santos
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Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul
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Abstract

haste isoelastica femoral fabricada em polimero o presente modelo de utilidade descreve uma haste isoelastica femoral fabricada em polimero para préteses de quadril. a novidade consiste na obtengao de um design de haste femoral diferenciado, fabricado em po|i-éter- éter-cetona (peec) que é um biomaterial comercialmente utilizado com as propriedades mais préximas do osso humano e que suportasse o teste em fadiga que simula as condigées de esforeos ao qual uma haste deve ser submetida para poder ser aprovada mecanicamente para uso. a haste pode também ser confeccionada em polimeros com menor resisténcia mecanica do que 0 peec, conforme testes realizados por ensaio em polimero nailonisoelastic femoral stem made of polymer the present utility model describes a isoelastic femoral stem made of polymer for hip prostheses. the novelty consists in obtaining a differentiated femoral stem design, manufactured in po | i-ether-ether-ketone (peec), which is a biomaterial commercially used with the closest properties of human bone and which supports the fatigue test that simulates the conditions of efforts to which a stem must be submitted in order to be mechanically approved for use. the rod can also be made of polymers with less mechanical resistance than 0 peec, according to tests carried out by testing on nailon polymer

Description

Haste Isoelástica Femoral Fabricada em polímeroFemoral Isoelastic Rod Made of polymer

Campo da InvençãoField of the Invention

001, O presente modelo de utilidade descreve uma haste isoelástica femoral fabricada em polímero poli-éter-éter-cetona (PEEC) ou em polímeros de resistência mecânica adequada, conforme descrito na solicitação, para próteses de quadril. A novidade consiste na obtenção de um design de haste femoral diferenciado, criado totalmente em material PEEC (biomaterial comercialmente utilizado com as propriedades mais próximas do osso humano) ou polímero de grau biomédico com resistência mecânica adequada conforme descrição, que suporta o teste em fadiga que simula as condições de esforços ao qual uma haste deve ser submetida para poder ser aprovada mecanicamente para uso (norma ISO 7206-4, 2011). Testes preliminares dão conta que polímeros de menor valor de resistência mecânica também demonstram suportar os esforços mecânicos, comprovando que o design de haste femoral proposto admite o uso de diferentes polímeros em sua confecção, sem comprometer sua resistência a esforços cíclicos.001, The present utility model describes an isoelastic femoral stem made of polyether-ether-ketone polymer (PEEC) or polymers of adequate mechanical strength, as described in the application, for hip prostheses. The novelty consists in obtaining a differentiated femoral stem design, created entirely in PEEC material (biomaterial commercially used with the closest properties to human bone) or biomedical grade polymer with adequate mechanical resistance as described, which supports the fatigue test that simulates the stress conditions to which a stem must be subjected in order to be mechanically approved for use (ISO 7206-4, 2011). Preliminary tests show that polymers with a lower mechanical resistance value have also been shown to withstand mechanical stress, proving that the proposed femoral stem design allows the use of different polymers in its manufacture, without compromising its resistance to cyclic efforts.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

002. A partir da década de 70, não se pode precisar a cronologia dos novos modelos de próteses que surgiram baseados no grande sucesso da fixação pelo cimento e do conceito da baixa fricção. Esse conceito, embora tenha apresentado grande evolução, apresentou falhas: desgaste do polietileno, fraturas de hastes e infecções frequentes, dificuldades que de alguma maneira foram sendo controladas. Tentando dar solução para problemas, então atribuídos ao cimento, surgiram ainda, nessa década, as próteses europeias de fixação biológica, com diferentes desenhos, características e matérias-primas. Logo se tornaram conhecidas através dos modelos desenvolvidos por Judet, Lord, Mittelmeyer (modelo Autophor), Parhoffer, Roy Camille, Freeman, Müller e outros, além das já conhecidas hastes americanas de Thompson e Moore (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais// Tese de Doutorado. - Porto002. From the 70s onwards, the chronology of the new prosthetic models that emerged based on the great success of cement fixation and the concept of low friction cannot be specified. This concept, although showing great evolution, showed flaws: wear of polyethylene, nail fractures and frequent infections, difficulties that were somehow being controlled. Trying to provide solutions to problems, then attributed to cement, European biological fixation prostheses also appeared in this decade, with different designs, characteristics and raw materials. They soon became known through models developed by Judet, Lord, Mittelmeyer (Autophor model), Parhoffer, Roy Camille, Freeman, Müller and others, in addition to the well-known American stems of Thompson and Moore (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem , Validated by International Standards // Doctoral Thesis - Porto

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Alegre : UFRGS, 2007) e (Anderson J., Neary, F., Pickstone, J. V. Surgeons, Manufacturers and patients — a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [s.L]: Palgrave MacMillan, 2007).Alegre: UFRGS, 2007) and (Anderson J., Neary, F., Pickstone, J. V. Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [s.L]: Palgrave MacMillan, 2007).

003. Mais tarde, surgiram, também, as hastes de Zweissmuller e Spotorno, que consolidaram a forma quadrangular e cuneiforme como desenho e as ligas de titânio como matéria-prima, conceitos básicos que permanecem acreditados até nossos dias. No início da década de 80, cirurgiões Americanos como Sarmiento e Galante também passaram a utilizar ligas de titânio como matériaprima, enquanto Engh, Hungerford e outros seguiram utilizando liga de cromocobalto para implantes não cimentados (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais // Tese de Doutorado. - Porto Alegre : UFRGS, 2007) e (Anderson J., Neary, F., Pickstone, J. V. Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [s.L]: Palgrave MacMillan, 2007).003. Later, there were also the rods of Zweissmuller and Spotorno, which consolidated the quadrangular and cuneiform shape as a design and the titanium alloys as raw material, basic concepts that remain accredited until today. In the early 1980s, American surgeons such as Sarmiento and Galante also started using titanium alloys as raw material, while Engh, Hungerford and others continued to use chromocobalt alloy for cementless implants (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem, Validated by International Standards // Doctoral Thesis - Porto Alegre: UFRGS, 2007) and (Anderson J., Neary, F., Pickstone, JV Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [ sL]: Palgrave MacMillan, 2007).

004. As primeiras tentativas do uso sistematizado de próteses foram realizadas por Judet (1946), que propôs próteses cefálicas de hastes reta e curta com cabeça em acrílico. Thompson (1950) e Moore (1952) descreveram próteses cefálicas com hastes intramedulares.004. The first attempts at the systematic use of prostheses were made by Judet (1946), who proposed cephalic prostheses with straight and short nails with an acrylic head. Thompson (1950) and Moore (1952) described cephalic prostheses with intramedullary nails.

005. A haste de Moore apresentava fenestrações, onde o osso esponjoso deveria penetrar e, consequentemente, fixar a prótese, sendo um dos primeiros desenhos com o objetivo de viabilizar o princípio biológico da osteointegração. Assim iniciou a discussão, que se mantém até hoje, sobre a cimentação ou osteointegração como meio de fixação das próteses (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais // Tese de Doutorado. - Porto Alegre : UFRGS, 2007).005. Moore's nail showed fenestrations, where the cancellous bone should penetrate and, consequently, fix the prosthesis, being one of the first designs with the objective of making the biological principle of osteointegration viable. Thus began the discussion, which continues today, about cementation or osteointegration as a means of fixing the prostheses (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem, Validated by International Standards // Doctoral Thesis. - Porto Alegre: UFRGS, 2007 ).

006. Chanrley, em Londres, 1958, introduziu o componente acetabular em teflon® e o uso sistemático da fixação com cimento. Em 1962, introduziu o componente acetabular em polietileno. Os novos resultados de Sir Chanrley esclareceram sobremaneira aspectos fundamentais das artroplastias (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional,006. Chanrley, London, 1958, introduced the acetabular component in teflon® and the systematic use of cement fixation. In 1962, it introduced the acetabular component in polyethylene. Sir Chanrley's new results greatly clarified fundamental aspects of arthroplasties (Macedo C. A. S. Development of National Cementless Femoral Stem,

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Validada por Normas Internacionais// Tese de Doutorado. - Porto Alegre: UFRGS, 2007).Validated by International Standards // Doctoral Thesis. - Porto Alegre: UFRGS, 2007).

007. O uso sistemático de Próteses Totais do Quadril ocorreu na segunda metade do século XX. Desde então, pelo melhor conhecimento da técnica de cimentação e dos fatores implicados no processo de osteointegração, ocorreram várias modificações no desenho e na matéria-prima utilizada nas próteses (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais// Tese de Doutorado. - Porto Alegre : UFRGS, 2007).007. The systematic use of Total Hip Prostheses occurred in the second half of the 20th century. Since then, due to the better knowledge of the cementation technique and the factors involved in the osteointegration process, there have been several changes in the design and in the raw material used in the prostheses (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem, Validated by International Standards // Thesis PhD - Porto Alegre: UFRGS, 2007).

008. As próteses de revestimento foram defendidas por poucos autores em diferentes momentos com diferentes apelos e com resultados discutíveis de curto seguimento. O conhecimento dessa evolução, embora vago é importante para dar uma ideia do tempo, das tentativas e das dificuldades e dos fatores envolvidos no desenvolvimento das próteses (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais // Tese de Doutorado. - Porto Alegre : UFRGS, 2007) e (Anderson J., Neary, F., Pickstone, J. V. Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [s.L]: Palgrave MacMillan, 2007).008. The coating prostheses were defended by a few authors at different times with different appeals and with short-term, debatable results. The knowledge of this evolution, although vague, is important to give an idea of the time, the attempts and the difficulties and the factors involved in the development of the prostheses (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem, Validated by International Standards // Doctoral Thesis. - Porto Alegre: UFRGS, 2007) and (Anderson J., Neary, F., Pickstone, JV Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [sL]: Palgrave MacMillan, 2007).

009. Os implantes de quadril são as próteses de articulação mais comuns em humanos (Esslinger J. O. e Rutkowski E. J. Studies on the skeletal attachment of experimental hip prostheses in the pygmy goat and dog [Artigo] // Journal of Biomedical Materials Research Symposium. - 1973. - Vol. 4. - pp. 187-193).009. Hip implants are the most common joint prostheses in humans (Esslinger JO and Rutkowski EJ Studies on the skeletal attachment of experimental hip prostheses in the pygmy goat and dog [Article] // Journal of Biomedical Materials Research Symposium. - 1973 - Vol. 4. - pp. 187-193).

010. Mais de cento e cinquenta mil destes implantes são colocados nos Estados Unidos da América (EUA) a cada ano (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.L]: Elsevier, 2001.- Vol. 61.- pp. 1189-1224).010. More than one hundred and fifty thousand of these implants are placed in the United States of America (USA) each year (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] // Composites Science and Technology. - [sL]: Elsevier, 2001.- Vol. 61.- pp. 1189-1224).

011. No mundo são realizadas, aproximadamente, 800.000 cirurgias de implantes de quadril por ano e este número está em crescimento (Gross S. e Abel E. W. A finite element analysis of hollow stemmed hip prostheses as a011. Approximately 800,000 hip implant surgeries are performed worldwide each year and this number is growing (Gross S. and Abel E. W. The finite element analysis of hollow stemmed hip prostheses as a

4/30 means of reducting stress shielding of the femur [Artigo] // Journal of Biomechanics. - [s.L]: Elsevier, 2001. - Vol. 34. - pp. 995-1003).4/30 means of reducting stress shielding of the femur [Article] // Journal of Biomechanics. - [s.L]: Elsevier, 2001. - Vol. 34. - pp. 995-1003).

012. A maior parte das cirurgias ortopédicas realizadas no Brasil utiliza próteses com articulação cabeça/acetábulo tipo metal/polímero, a qual tem demonstrado altos índices de falhas. Este tipo de articulação pode durar cerca de dez anos, sendo a soltura da articulação o maior problema em longo prazo. Naturalmente a duração depende da forma de utilização. A obesidade, o trabalho pesado ou muita atividade podem apressar a soltura, o que muitas vezes requer uma cirurgia de revisão para troca da prótese. Os resultados de uma segunda operação não são tão bons como os da primeira e existe maior possibilidade de complicações durante a cirurgia (Hippert E. e Azevedo C. R. F. Alguns casos de análise de falhas de implantes cirúrgicos [Livro], - São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas, 2001).012. Most orthopedic surgeries performed in Brazil use prostheses with metal / polymer type head / acetabulum articulation, which has shown high failure rates. This type of joint can last for about ten years, with loosening of the joint being the biggest problem in the long run. Naturally, the duration depends on the way of use. Obesity, heavy work or a lot of activity can hasten loosening, which often requires revision surgery to change the prosthesis. The results of a second operation are not as good as those of the first and there is a greater possibility of complications during surgery (Hippert E. and Azevedo CRF Some cases of failure analysis of surgical implants [Book], - São Paulo: Instituto de Pesquisa Technologies, 2001).

013. Cerca de dez a quinze por cento dos implantes falham quando possuem de 5 a 7 anos de utilização (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.L]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224.).013. About ten to fifteen percent of implants fail when they are 5 to 7 years old (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] // Composites Science and Technology. - [sL]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224.).

014. A falha de um implante de quadril está normalmente associada à osteólise induzida por resíduos oriundos do processo de desgaste na articulação da cabeça metálica com o acetábulo de PEUAPM. Isto promove reações biológicas de infecção do tecido vivo que está ao redor, conduzindo ao afrouxamento prematuro e a falha subsequente da prótese (Alves H. L. R., Bergmann C. P. e Stainer D. Pró-Reitoria de Pesquisa [Online]. - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 2003,- 10 de 01 de 2010,- http://www.ufrgs.br/propesq/livro2/artigo_hugo.htm).014. The failure of a hip implant is usually associated with osteolysis induced by residues from the wear process in the joint of the metallic head with the PEUAPM acetabulum. This promotes biological reactions of infection of the surrounding living tissue, leading to premature loosening and subsequent failure of the prosthesis (Alves HLR, Bergmann CP and Stainer D. Pro-Rectory of Research [Online]. - Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), 2003, - 10 of 01 of 2010, - http://www.ufrgs.br/propesq/livro2/artigo_hugo.htm).

015. A falha prematura de implantes pode estar associada a inúmeros outros fatores como o carregamento mecânico (sobrecarga, impacto, fadiga e desgaste), o ambiente corrosivo (corrosão por pite, por frestas, metalose), falha na seleção, projeto e fabricação do implante, má colocação, danificação do implante durante a cirurgia ou, ainda, devido a pouca qualidade óssea do015. The premature failure of implants can be associated with numerous other factors such as mechanical loading (overload, impact, fatigue and wear), the corrosive environment (pitting, crevice, metallosis), failure in the selection, design and manufacture of the implantation, poor placement, implant damage during surgery or due to poor bone quality of the

5/30 paciente (Ravaglioli A. e Krajewski A. Bioceramics: Materials, Properties, Applications [Livro], - New York : Chapman & Hall, 1992).5/30 patient (Ravaglioli A. and Krajewski A. Bioceramics: Materials, Properties, Applications [Book], - New York: Chapman & Hall, 1992).

016. Os primeiros componentes acetabulares eram fabricados em ligas de Co-Cr. Um esforço para minimizar a fricção e eliminar o desgaste metálico por particulado levou Charnley, no início da década de 1960, a utilizar haste metálica de aço inoxidável com acetábulo de PTFE. No entanto o PTFE apresentou alto desgaste e distorção inaceitáveis. As partículas de debris causavam reação dos tecidos e formação de granuloma. Por este motivo o PTFE não é mais utilizado em aplicações de carregamento mecânico. Em sequência, o componente acetabular foi fabricado em PEUAPM e aplicado com resultados satisfatórios durante muitos anos (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.l.] : Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).016. The first acetabular components were manufactured in Co-Cr alloys. An effort to minimize friction and eliminate metallic particulate wear led Charnley, in the early 1960s, to use a stainless steel metal rod with a PTFE acetabulum. However, PTFE exhibited unacceptable high wear and distortion. The debris particles caused tissue reaction and granuloma formation. For this reason, PTFE is no longer used in mechanical loading applications. In sequence, the acetabular component was manufactured in PEUAPM and applied with satisfactory results for many years (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] // Composites Science and Technology. - [sl ]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).

017. Alguns pesquisadores propuseram o reforço de PEUAPM com fibras de carbono (Rushton N e Rae T. The intra-articular response to particulate carbon fiber reinforced high density polyethylene and its constituents: an experimental study in mice [Artigo] // Biomaterials. - 1984. - Vol. 5. - pp. 352-356) e (Sclippa E. e Piekarski K. Carbon fiber reinforced polyethylene for possible orthopaedic uses [Artigo] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1973. - Vol. 7. - pp. 59-570) ou mesmo com fibras de PEUAPM com a intenção de melhorar a resistência a fluência, espessura e resistência mecânica (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.l.] : Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224). A literatura apresenta relatos contraditórios, mas Deng et al. não encontrou diferença significativa entre o PEUAPM com e sem reforço (Deng M e Shalaby S. M. Properties of self-reinforced utra-high-molecular weight polyethylene composites [Artigo]// Biomaterials. - 1997.- Vol. 18.- pp. 654655).017. Some researchers have proposed reinforcing PEUAPM with carbon fibers (Rushton N and Rae T. The intra-articular response to particulate carbon fiber reinforced high density polyethylene and its constituents: an experimental study in mice [Article] // Biomaterials. - 1984. - Vol. 5. - pp. 352-356) e (Sclippa E. and Piekarski K. Carbon fiber reinforced polyethylene for possible orthopedic uses [Article] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1973. - Vol. 7. - pp. 59-570) or even with PEUAPM fibers with the intention of improving resistance to creep, thickness and mechanical strength (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] / / Composites Science and Technology. - [sl]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224). The literature presents contradictory reports, but Deng et al. found no significant difference between PEUAPM with and without reinforcement (Deng M and Shalaby SM Properties of self-reinforced utra-high-molecular weight polyethylene composites [Article] // Biomaterials. - 1997.- Vol. 18.- pp. 654655) .

018. Nos últimos anos algumas geometrias de esferas de alumina densa ou de zircônia e acetábulo de materiais semelhantes foram propostas018. In recent years some geometries of dense alumina or zirconia spheres and acetabulum of similar materials have been proposed

6/30 principalmente devido as potenciais vantagens dos materiais cerâmicos em relação à alta dureza e resistência a compressão, baixo coeficiente de atrito, baixa taxa de desgaste e boa aceitabilidade biológica de partículas de debris (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.L] : Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).6/30 mainly due to the potential advantages of ceramic materials over high hardness and resistance to compression, low friction coefficient, low wear rate and good biological acceptability of debris particles (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] // Composites Science and Technology. - [sL]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).

019. A história das substituições, para aliviar e recuperar os movimentos da articulação do quadril comprometidos por processos degenerativos teve a seguinte evolução:019. The history of substitutions, to relieve and recover the movements of the hip joint compromised by degenerative processes, had the following evolution:

020. Gluck, na Alemanha, em 1890, foi o primeiro a entalhar o marfim para substituir a cabeça do fêmur e utilizar um raro tipo de cola. Delber (1919) e Hey-Groves (1926) utilizaram o marfim para confeccionar implantes. Em 1925 Marius Smith e Peterson criaram um acetábulo de vidro. Em 1933 surgiu o primeiro acetábulo polimérico fabricado em Viscaloid. Já em 1938 houve a primeira tentativa de acetábulo fabricado em baquelite. Philip Wiles, em Londres, 1938, introduziu a ideia de prótese total com componentes acetabular e femoral, confeccionados em aço inox e implantados em seis pacientes com moléstia de Still. Em 1940, McKee utilizou parafusos para fixar o componente acetabular, lançando a prótese de Mckee-Farrar. Em 1951, Haboush utilizou, pela primeira vez, o cimento acrílico dentário para fixação dos componentes. McKee e Farrar, em Norwich, introduziram o cromo-cobalto, material mais inerte (Macedo C. A. S. Desenvolvimento de Haste Femoral Não Cimentada Nacional, Validada por Normas Internacionais // Tese de Doutorado. - Porto Alegre : UFRGS, 2007) e (Anderson J., Neary, F., Pickstone, J. V. Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [s.L]: Palgrave MacMillan, 2007).020. Gluck, in Germany, in 1890, was the first to carve ivory to replace the head of the femur and use a rare type of glue. Delber (1919) and Hey-Groves (1926) used ivory to make implants. In 1925 Marius Smith and Peterson created a glass acetabulum. In 1933 the first polymeric acetabulum made of Viscaloid appeared. In 1938, there was the first attempt at an acetabulum made of bakelite. Philip Wiles, in London, 1938, introduced the idea of total prosthesis with acetabular and femoral components, made of stainless steel and implanted in six patients with Still's disease. In 1940, McKee used screws to fix the acetabular component, launching the Mckee-Farrar prosthesis. In 1951, Haboush used, for the first time, acrylic dental cement to fix the components. McKee and Farrar, in Norwich, introduced cobalt chromium, the most inert material (Macedo CAS Development of National Cementless Femoral Stem, Validated by International Standards // Doctoral Thesis. - Porto Alegre: UFRGS, 2007) and (Anderson J. , Neary, F., Pickstone, JV Surgeons, Manufacturers and patients - a transatlantic history of Total Hip Replacement [Book], - [sL]: Palgrave MacMillan, 2007).

021. A aplicação de materiais metálicos em implantes de quadril já é consolidada no Brasil e no mundo (figura 1), porém a utilização destas tem trazido alguns problemas aos usuários.021. The application of metallic materials in hip implants is already consolidated in Brazil and in the world (figure 1), however the use of these has brought some problems to users.

022. Os biomateriais metálicos utilizados nestes tipos de implantes possuem módulo de elasticidade muito maior que o do osso humano (figura 2), o que022. The metallic biomaterials used in these types of implants have a much higher modulus of elasticity than that of human bone (figure 2), which

7/30 acarreta na concentração de esforços no implante. O osso humano cresce somente pela ação de força compressiva, portanto quando o paciente caminha, está concentrando esforços no metal. Com a diminuição da força compressiva sob o osso, este começa a sofrer enfraquecimento causado pela descalcificação (stress shielding).7/30 leads to the concentration of efforts on the implant. Human bone grows only by the action of compressive force, so when the patient walks, he is concentrating efforts on the metal. With the decrease of the compressive force under the bone, it starts to suffer weakening caused by descaling (stress shielding).

023. Em muitos casos a consequência desta descalcificação obriga o paciente a se submeter a novo procedimento cirúrgico para substituição do implante por um de maior tamanho, com o intuito de recuperar sua estabilidade. Deve ser destacado que grande parte dos pacientes que utilizam este tipo de implante é idosa; a cirurgia possui maior risco e, em alguns casos, é impossível de ser realizada, acarretando na incapacidade da pessoa tornar a andar.023. In many cases, the consequence of this decalcification forces the patient to undergo a new surgical procedure to replace the implant with a larger one, in order to recover its stability. It should be noted that most patients who use this type of implant are elderly; surgery has a higher risk and, in some cases, it is impossible to be performed, resulting in the person's inability to walk again.

024. A utilização de materiais poliméricos nos implantes de quadril pode distribuir melhor a carga compressiva sobre os ossos por possuir um menor módulo elástico e diminuem a ação de descalcificação dos ossos pelo corpo humano, trazendo o benefício de menos intervenções cirúrgicas durante a vida do paciente.024. The use of polymeric materials in hip implants can better distribute the compressive load on the bones because they have a lower elastic modulus and decrease the action of descaling the bones by the human body, bringing the benefit of less surgical interventions during the patient's life. .

025. Ainda, um típico implante de quadril possui uma durabilidade aproximada de 15 anos. Aproximadamente 11% dos pacientes que receberam implantes totais de quadril estão acima dos 40 anos. Em 2010 a população de pessoas que estavam na faixa dos 40 anos era de 40 milhões. Isto aumenta muito as chances de que mais pessoas terão que fazer duas ou mais revisões de próteses durante suas vidas, por isso a necessidade de melhorar as já existentes (Latham B. e Goswami T. Effect of geometric parameters in the design of hip implants paper IV [Artigo] // Materials and Design. - [s.L]: Elsevier, 2004. - Vol. 25. -pp. 715-722).025. Still, a typical hip implant has an approximate durability of 15 years. Approximately 11% of patients who received total hip implants are over 40 years old. In 2010 the population of people in their 40s was 40 million. This greatly increases the chances that more people will have to do two or more revisions of prostheses during their lives, hence the need to improve existing ones (Latham B. and Goswami T. Effect of geometric parameters in the design of hip implants paper IV [Article] // Materials and Design. - [sL]: Elsevier, 2004. - Vol. 25. -pp. 715-722).

Interação entre implante e corpo humanoInteraction between implant and human body

026. A Tíbia, o Fêmur e o Rádio tem módulo de elasticidade de aproximadamente 18 GPa enquanto que os metais utilizados para implantes de quadril estão na faixa de 60 até 250 GPa. Já os polímeros utilizados para implantes de quadril são os que mais se aproximam do módulo de elasticidade026. Tibia, femur and radius have an elastic modulus of approximately 18 GPa while the metals used for hip implants are in the range of 60 to 250 GPa. The polymers used for hip implants are the ones that come closest of the modulus of elasticity

8/30 dos ossos citados, dando destaque para o PEEC com 8,3 GPa (Katti K. S. Biomaterials in total joint replacement [Artigo]// Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - [s.l.]: Elsevier, 2004. - Vol. 39. - pp. 133-142) e (Schambron T„ Lowe A. e McGregor Η. V. Effects of environmental ageing on the static and cyclic bending properties of braided carbon fibre/PEEK bone plates [Artigo] // Composites: Part B. - [s.l.]: Elsevier, 2008. - Vol. 39. - pp. 1216-1220).8/30 of the bones mentioned, highlighting PEEC with 8.3 GPa (Katti KS Biomaterials in total joint replacement [Article] // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - [sl]: Elsevier, 2004. - Vol. 39 - pp. 133-142) e (Schambron T „Lowe A. and McGregor Η. V. Effects of environmental aging on the static and cyclic bending properties of braided carbon fiber / PEEK bone plates [Article] // Composites: Part B - [sl]: Elsevier, 2008. - Vol. 39. - pp. 1216-1220).

027. O material que substituirá o osso deverá, idealmente, possui as mesmas propriedades mecânicas, químicas, biológicas e funcionais do original (mimetismo) (Mano J. F. [et al.] Bioinert, biodegradable and injectable polymeric matrix composites for hard tissue replacement: state of art and recent developments [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.l.]: Elsevier, 2004. - Vol. 64. - pp. 789-817).027. The material that will replace bone should ideally have the same mechanical, chemical, biological and functional properties as the original (mimicry) (Mano JF [et al.] Bioinert, biodegradable and injectable polymeric matrix composites for hard tissue replacement: state of art and recent developments [Article] // Composites Science and Technology. - [sl]: Elsevier, 2004. - Vol. 64. - pp. 789-817).

028. Os biomateriais devem resistir ao ambiente interno do corpo humano que é muito agressivo. Por exemplo, o pH de fluidos em vários tecidos internos varia de um a nove. Durante atividades diárias os ossos estão submetidos a tensões de aproximadamente 4 MPa, onde tendões e ligamentos chegam a picos de tensão na faixa de 40 a 80 MPa. A carga média na articulação do quadril é maior que três vezes o peso de uma pessoa (3000 N) e o pico durante saltos pode chegar a dez vezes o peso do próprio corpo. Como se não bastasse, essas tensões são repetitivas e flutuantes, dependendo de atividades como: ficar em pé, sentar, correr, alongar e escalar (Black J. Biological Performance of Materials: Fundamentals of Biocompatibility [Livro], - Nova Iorque : Marcel Dekker, 1992).028. Biomaterials must resist the internal environment of the human body, which is very aggressive. For example, the pH of fluids in various internal tissues ranges from one to nine. During daily activities, the bones are subjected to stresses of approximately 4 MPa, where tendons and ligaments reach peak tension in the range of 40 to 80 MPa. The average load on the hip joint is greater than three times the weight of a person (3000 N) and the peak during jumps can reach ten times the weight of the body itself. As if that were not enough, these tensions are repetitive and fluctuating, depending on activities such as: standing, sitting, running, stretching and climbing (Black J. Biological Performance of Materials: Fundamentals of Biocompatibility [Book], - New York: Marcel Dekker , 1992).

029. Os ciclos de tensão que as articulações dos dedos e as de quadril são expostas por ano são estimados em valores tão altos como 1x106 e para um coração padrão estão na faixa de 0,5x107 até 4x107 ciclos. Estas informações mostram, em grosso modo, o quão crítico é o ambiente ao qual os biomateriais tem que resistir e, também, que as condições do paciente e suas atividades são fatores importantes de serem considerados (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] //029. The stress cycles that the finger and hip joints are exposed to each year are estimated to be as high as 1x10 6 and for a standard heart are in the range of 0.5x10 7 to 4x10 7 cycles. This information shows, in a rough way, how critical is the environment to which biomaterials have to resist and also that the conditions of the patient and their activities are important factors to be considered (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] //

9/309/30

Composites Science and Technology. - [s.l.] : Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).Science and Technology Composites. - [s.l.]: Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).

030. Na verdade o implante total de quadril é um serviço clínico e uma solução técnica para um problema. Mesmo que o implante seja de ótima qualidade e tenha um bom projeto de engenharia, existem outros fatores que irão influenciar no sucesso da aplicação, tais como: técnica cirúrgica, invasão cirúrgica, experiência do cirurgião, ambiente e instrumentos cirúrgicos, efeitos de profilaxia para trombose e embolia pulmonar, procedimentos de reabilitação e fatores do paciente como qualidade óssea e severidade da doença (Faulkner A. [et al.] Effectiveness of hip prostheses in primary total hip replacement: a critical review of evidence and an economic model [Journal] // Health Technology Assessment. - Bristol, UK : HTA, Julho 1998. - 6 : Vol. 2. - p. 146).030. In fact, the total hip implant is a clinical service and a technical solution to a problem. Even if the implant is of excellent quality and has a good engineering design, there are other factors that will influence the success of the application, such as: surgical technique, surgical invasion, surgeon's experience, surgical environment and instruments, prophylaxis effects for thrombosis and pulmonary embolism, rehabilitation procedures and patient factors such as bone quality and disease severity (Faulkner A. [et al.] Effectiveness of hip prostheses in primary total hip replacement: a critical review of evidence and an economic model [Journal] / / Health Technology Assessment. - Bristol, UK: HTA, July 1998. - 6: Vol. 2. - p. 146).

031. O titânio vem sido extensivamente utilizado para implantes por ser inerte dentro do corpo humano, possuir alta resistência à fadiga e atoxicidade. A habilidade do titânio em promover a ósseo-integração depende de sua camada de óxido como também de suas propriedades superficiais como topografia e energia superficial (Steinemann S. Titanium - the material of choice? [Artigo] // Periodontology 2000. - 1998. - Vol. 17. - pp. 7-21).031. Titanium has been used extensively for implants because it is inert inside the human body, has high resistance to fatigue and atoxicity. Titanium's ability to promote bone integration depends on its oxide layer as well as on its surface properties such as topography and surface energy (Steinemann S. Titanium - the material of choice? [Article] // Periodontology 2000. - 1998. - Vol. 17. - pp. 7-21).

032. Alguns estudos in vitro revelaram que os ions metálicos, mesmo em doses não letais, interferem na diferenciação dos osteoblastos e osteoclastos (Thompson G. J. e Puleo D. A. Effects of sublethal metal ion concentrations on osteogenic cells derived from bone marrow stromal cells [Artigo] // Journal of Applied Biomaterials. - 1995. - Vol. 6. - pp. 249-258), (Thompson G. J. e Puleo D. A. TÍ-6AI-4V ion solution inhibition of osteogenic cell phenotype as a function of differentiation time-course in vitro [Artigo] // Biomaterials. - [s.l.]: Elsevier, 1996. - Vol. 17. - pp. 1949-1954) e (Nichols K. G. e Puleo D.A. Effect of metal ions on the formation and function of osteoclastic cells in vitro [Artigo] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1997.- Vol. 35.- pp. 265-271). Ainda é necessário determinar se estes efeitos em células ósseas também ocorrem in vivo (Puleo D. A. e Nanci A. Understanding and controlling the bone-implant032. Some in vitro studies have revealed that metal ions, even in non-lethal doses, interfere in the differentiation of osteoblasts and osteoclasts (Thompson GJ and Puleo DA Effects of sublethal metal ion concentrations on osteogenic cells derived from bone marrow stromal cells [Article] / / Journal of Applied Biomaterials. - 1995. - Vol. 6. - pp. 249-258), (Thompson GJ and Puleo DA TÍ-6AI-4V ion solution inhibition of osteogenic cell phenotype as a function of differentiation time-course in vitro [Article] // Biomaterials. - [sl]: Elsevier, 1996. - Vol. 17. - pp. 1949-1954) e (Nichols KG and Puleo DA Effect of metal ions on the formation and function of osteoclastic cells in vitro [ Article] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1997.- Vol. 35.- pp. 265-271). It remains to be determined whether these effects on bone cells also occur in vivo (Puleo D. A. and Nanci A. Understanding and controlling the bone-implant

10/30 interface [Artigo]// Biomaterials. - [s.l.]: Elsevier, 1999. - Vol. 20. - pp. 23112321).10/30 interface [Article] // Biomaterials. - [s.l.]: Elsevier, 1999. - Vol. 20. - pp. 23112321).

033. A incidência de migração (deslocamento permanente de um implante do osso que ocorre após tempo de uso) é um parâmetro clínico importante para prever o comportamento de próteses ao longo do tempo. Este fator da migração, o campo de tensões e o material influenciam diretamente no design da prótese total de quadril e estão ligados ao tempo de duração do bom funcionamento do implante até a revisão (Simões J. A. and Marques A. T. Design of a composite hip femoral prosthesis [Article] // Materials and Design. Porto : Elsevier, 2005. - Vol. 26).033. The incidence of migration (permanent displacement of a bone implant that occurs after time of use) is an important clinical parameter for predicting the behavior of prostheses over time. This migration factor, the stress field and the material directly influence the design of the total hip prosthesis and are linked to the duration of the proper functioning of the implant until revision (Simões JA and Marques AT Design of a composite hip femoral prosthesis [ Article] // Materials and Design, Porto: Elsevier, 2005. - Vol. 26).

034. As hastes de materiais mais flexíveis provocam um menor campo de tensões ao osso diretamente ligado à prótese, mas maiores tensões sobre a região proximal e sobre o cimento (quando presente). Em contrapartida hastes rígidas provocam maiores campos de tensões, mas menores tensões na interface. O desafio do design é saber como minimizar o campo de tensões mantendo a tensão na interface e as micromovimentações em níveis aceitáveis (Simões J. A. and Marques A. T. Design of a composite hip femoral prosthesis [Article] // Materials and Design. - Porto : Elsevier, 2005. - Vol. 26).034. The stems of more flexible materials cause less stress on the bone directly connected to the prosthesis, but greater stress on the proximal region and on the cement (when present). In contrast, rigid rods cause greater stress fields, but less stress at the interface. The design challenge is knowing how to minimize the stress field while maintaining the interface tension and micro-movements at acceptable levels (Simões JA and Marques AT Design of a composite hip femoral prosthesis [Article] // Materials and Design. - Porto: Elsevier, 2005. - Vol. 26).

035. Existem vários métodos de fixação dos implantes de quadril ao corpo humano, mas todos eles podem ser agrupados em quatro tipos genéricos: meios mecânicos, cimentados, por crescimento e aderidos. Na maioria das vezes, as próteses são fixadas ao osso através de crescimento ou de um cimento. Como o nome sugere, o tipo de meios mecânicos utiliza colocação por pressão e vários tipos de grampos, estacas e parafusos. No último método a fixação é atingida através de adesão direta da haste ao osso (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Artigo] // Composites Science and Technology. - [s.l.] : Elsevier, 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).035. There are several methods of fixing hip implants to the human body, but all of them can be grouped into four generic types: mechanical, cemented, growth and adhered means. Most of the time, the prostheses are attached to the bone through growth or a cement. As the name suggests, the type of mechanical means uses pressure placement and various types of clamps, piles and screws. In the last method, fixation is achieved through direct adhesion of the nail to the bone (Ramakrishna S. [et al.] Biomedical applications of polymer-composite materials: a review [Article] // Composites Science and Technology. - [sl]: Elsevier , 2001. - Vol. 61. - pp. 1189-1224).

036. Já o segundo tipo utiliza normalmente um cimento à base de Poli-MetilMet-Acrilato (PMMA), principalmente em pacientes com mais idade, com objetivo de diminuir o tempo de reabilitação pós-operatório (figura 3a). O036. The second type, on the other hand, normally uses a Poly-MethylMet-Acrylate (PMMA) -based cement, mainly in older patients, with the objective of reducing the post-operative rehabilitation time (figure 3a). O

11/30 cimento ósseo é utilizado para fixar a prótese, mas não atua como adesivo e, sim, como material de preenchimento. Entretanto para o procedimento de fixação alternativo de crescimento e sem cimento (figura 3b), em pacientes jovens e mais ativos, podem-se utilizar próteses com um revestimento de hidroxiapatita (HA) ou tratamento superficial poroso, que permite a adesão do osso, ocorrendo à fixação sem as possíveis complicações do emprego do cimento: espessura errônea, espaços vazios, sangue e tecidos em contato durante a cirurgia, aquecimento do osso por processo térmico de cura, tempo de cura que pode deslocar a prótese da posição original, rompimento do cimento juntamente com partes do osso, efeitos citotóxicos, entre outros (Alves H. L. R., Bergmann C. P. e Stainer D. Pró-Reitoria de Pesquisa [Online], Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 2003. - 10 de 01 de 2010.-http://www.ufrgs.br/propesq/livro2/artigo_hugo.htm) e (Jye W. K. Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty// Dissertação de Mestrado. - Malasia : [s.n.], 2006).11/30 bone cement is used to fix the prosthesis, but it does not act as an adhesive, but as a filling material. However, for the alternative growth fixation procedure without cement (figure 3b), in young and more active patients, prostheses with a hydroxyapatite (HA) coating or porous surface treatment can be used, which allows bone adhesion, occurring fixation without the possible complications of using cement: erroneous thickness, empty spaces, blood and tissues in contact during surgery, heating of the bone by thermal healing process, healing time that can displace the prosthesis from its original position, breaking of the cement together with parts of the bone, cytotoxic effects, among others (Alves HLR, Bergmann CP and Stainer D. Research Dean [Online], Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS), 2003. - 10 of 01 of 2010. -http: //www.ufrgs.br/propesq/livro2/artigo_hugo.htm) and (Jye WK Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty // Master's Dissertation - Malaysia: [sn], 2006).

037. Alguns dos problemas que também ocorrem na utilização dos cimentos (excetuando-se problemas cirúrgicos, formação de trincas e rompimento do revestimento durante o uso) são frequentemente descritos com associação à osteólise e formação de tecido esponjoso (Jacobs J. J. [et al.] Clinicai implications of osteolysis [Seção do Livro] // Total Hip Revision Surgery / A. do livro Galante J. O. e Rosenberg A. G. Callaghan, J. J.. - Nova Iorque : Raven Press Ltd., 1995), (Kawate K. [et al.] Thin cement mantle and osteolysis with a precoated stem [Artigo]// Clinical Orthopaedics. - 1999. - Vol. 365. - pp. 124129) e (Topoleski L. D. e Ducheyne P. Cuckler, J. M. A fractographic analysis of in vivo poly(methyl methacrylate) bone cement failure mechanisms [Artigo] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1990.- Vol. 24.- pp. 135-154). Apesar das trincas já terem sido reveladas através de autópsia, o acúmulo de danos através do crescimento contínuo e o crescimento das trincas ainda não foram demonstrados in vivo (Cristofolini L. [et al.] Comparative in vitro study on the long term performance of cemented hip stems: validation of a protocol to037. Some of the problems that also occur in the use of cements (with the exception of surgical problems, formation of cracks and rupture of the lining during use) are often described in association with osteolysis and formation of spongy tissue (Jacobs JJ [et al.] Clinicai implications of osteolysis [Book Section] // Total Hip Revision Surgery / A. from the book Galante JO and Rosenberg AG Callaghan, JJ. - New York: Raven Press Ltd., 1995), (Kawate K. [et al.] Thin cement mantle and osteolysis with a precoated stem [Article] // Clinical Orthopaedics. - 1999. - Vol. 365. - pp. 124129) e (Topoleski LD and Ducheyne P. Cuckler, JM A fractographic analysis of in vivo poly (methyl methacrylate) bone cement failure mechanisms [Article] // Journal of Biomedical Materials Research. - 1990.- Vol. 24.- pp. 135-154). Although cracks have already been revealed through autopsy, damage accumulation through continuous growth and crack growth has not yet been demonstrated in vivo (Cristofolini L. [et al.] Comparative in vitro study on the long term performance of cemented hip stems: validation of a protocol to

12/30 discriminate between good and bad designs [Artigo]// Journal of Biomechanics. - [s.L]: Elsevier, 2003. - Vol. 36. - pp. 1603-1615).12/30 discriminate between good and bad designs [Article] // Journal of Biomechanics. - [s.L]: Elsevier, 2003. - Vol. 36. - pp. 1603-1615).

038. Alguns autores defendem a tese de que a falha inicia pelo descolamento na interface do cimento com a prótese e, após, continua desenvolvendo pequenas fraturas na camada do componente adesivo. Alguns estudos pelo Método de Elementos Finitos (MEF) dão suporte a esta tese (Harrigan T. P. [et al.] A finite element study of the initiation of failure of fixation in cemented femoral total hip components [Artigo] // Journal of Orthopaedic Research. 1992. - Vol. 10. - pp. 134-144).038. Some authors defend the thesis that the failure starts by detaching from the cement interface with the prosthesis and, afterwards, continues to develop small fractures in the layer of the adhesive component. Some studies using the Finite Element Method (FEM) support this thesis (Harrigan TP [et al.] A finite element study of the initiation of failure of fixation in cemented femoral total hip components [Article] // Journal of Orthopedic Research. 1992. - Vol. 10. - pp. 134-144).

039. Os procedimentos de colocação de próteses sem cimento também possuem desvantagens como: colocação muito forçada (apertada) onde partes do osso poderão penetrar na corrente sanguínea e interromper o fluxo, o fêmur pode romper por força excessiva durante a colocação e, por fim, partículas do tratamento superficial podem se desprender da prótese e causar desgaste por fricção entre o osso e a mesma. Por estes motivos não há unanimidade sobre qual procedimento é melhor: com ou sem cimento, o que remete à análise do caso em questão e da preferência do cirurgião (Jye W. K. Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty// Dissertação de Mestrado. Malasia : [s.n.], 2006).039. The procedures for placing prostheses without cement also have disadvantages such as: very forced (tight) placement where parts of the bone may penetrate the bloodstream and interrupt the flow, the femur may rupture by excessive force during placement and, finally, Surface treatment particles can come off the prosthesis and cause frictional wear between the bone and the bone. For these reasons there is no unanimity on which procedure is better: with or without cement, which refers to the analysis of the case in question and the surgeon's preference (Jye WK Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty // Master's Dissertation. Malaysia: [sn], 2006).

040. A análise de tensões da figura 4 mostra porque os campos de tensões normalmente não são iguais entre o osso do fêmur sem e com implante (Jye W. K. Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty// Dissertação de Mestrado - Malasia : [s.n.], 2006).040. The stress analysis in figure 4 shows why the stress fields are normally not the same between the femur bone without and with implant (Jye WK Stress Analysis of Femur and Femoral Stems for HIP Arthroplasty // Master's Dissertation - Malaysia: [ sn], 2006).

041. No estudo de Hunter sobre adesão celular (osteoblastos e fibroblastos) mostra-se que o PEEC (PEEK450G) mostrou resultados semelhantes ou um pouco melhores em relação ao tradicional titânio ou PEUAPM em aplicações ortopédicas (Hunter A. [et al.] Attachment and proliferation of osteoblasts and fibroblasts on biomaterials for orthopaedic use [Artigo] // Biomaterials. - GrãBretanha : Elsevier, 1995. - Vol. 16. - pp. 287-295).041. Hunter's study on cell adhesion (osteoblasts and fibroblasts) shows that PEEC (PEEK450G) showed similar or slightly better results compared to traditional titanium or PEUAPM in orthopedic applications (Hunter A. [et al.] Attachment and proliferation of osteoblasts and fibroblasts on biomaterials for orthopaedic use [Article] // Biomaterials - Great Britain: Elsevier, 1995. - Vol. 16. - pp. 287-295).

042. Os implantes de quadril em polímero (fabricados com as mesmas dimensões do que os atuais materiais metálicos) podem minimizar o efeito do042. Polymer hip implants (manufactured with the same dimensions as current metal materials) can minimize the effect of

13/30 campo de tensões através da distribuição das cargas de uma maneira mais similar à fisiológica. Desta maneira, a formação óssea ao redor do implante é estimulada e a osteólise é diminuída. Por outro lado, qualquer material que substitua o titânio deve possuir boa citocompatibilidade no caso de aplicações ortopédicas, o que dará suporte à formação de minerais através dos osteoblastos que ajudam na integração inicial (Sagomonyants K. B. [et al.] The in vitro response of human osteoblasts to polyetheretherketone (PEEK) substrates compared to comercially pure titanium [Artigo] // Biomaterials. - [s.L]: Elsevier, 2008. - Vol. 29. - pp. 1563-1572).13/30 stress field through the distribution of charges in a more similar to physiological way. In this way, bone formation around the implant is stimulated and osteolysis is reduced. On the other hand, any material that replaces titanium must have good cytocompatibility in the case of orthopedic applications, which will support the formation of minerals through osteoblasts that help in the initial integration (Sagomonyants KB [et al.] The in vitro response of human osteoblasts to polyetheretherketone (PEEK) substrates compared to comercially pure titanium [Article] // Biomaterials. - [sL]: Elsevier, 2008. - Vol. 29. - pp. 1563-1572).

Polímero Poli-Éter-Éter-Cetona (PEEC)Poly-Ether-Ether-Ketone Polymer (PEEC)

043. A tentativa de utilização do PEEC em hastes femorais não-cimentadas (fixadas no osso sem utilização de adesivos) e isoelásticas (que evitam o stress shielding) já foi realizada nas décadas de 1970 e 1980 com insucessos. Na década de 1990 foi tentado utilizar hastes compósitas utilizando polissulfonas e outras combinações de compósitos também sem sucesso. A primeira haste isoelástica compósita criada com sucesso pelos engenheiros da empresa Zimmer Inc. (Warsaw, IN) foi o modelo chamado de Epoch I. A haste é composta de três partes: uma alma de CoCr forjado, uma camada intermediária de PEEC e uma camada externa de Ti comercialmente puro (Kurtz S. M. PEEK Biomaterials Handbook [Book], - Oxford : Elsevier, 2012. - p. 298).043. The attempt to use the PEEC in cementless femoral stems (fixed to the bone without the use of adhesives) and isoelastic (that avoid stress shielding) was already carried out in the 1970s and 1980s with unsuccessful results. In the 1990s, it was tried to use composite rods using polysulfones and other combinations of composites also without success. The first composite isoelastic rod successfully created by engineers at Zimmer Inc. (Warsaw, IN) was the model called Epoch I. The rod is composed of three parts: a forged CoCr core, an intermediate PEEC layer and a layer of commercially pure Ti (Kurtz SM PEEK Biomaterials Handbook [Book], - Oxford: Elsevier, 2012. - p. 298).

044. A prótese Epoch I possui PEEC, porém não é unicamente fabricada com este material. O processo produtivo desta haste é extremamente complicado e de custo elevado. Além disto, acredita-se que a isoelasticidade (redução do efeito stress shielding) não é tão eficaz já que a alma da haste é metálica e deve concentrar grande parte da carga compressiva que deveria ser repassada ao osso humano.044. The Epoch I prosthesis has PEEC, but it is not only manufactured with this material. The production process of this rod is extremely complicated and expensive. In addition, it is believed that isoelasticity (reduction of the stress shielding effect) is not so effective since the stem core is metallic and should concentrate a large part of the compressive load that should be passed on to human bone.

045. Além da Epoch I outras hastes foram apresentadas até o momento, mas todas com alma metálica (Kurtz S. M. PEEK Biomaterials Handbook [Book], Oxford : Elsevier, 2012. - p. 298).045. In addition to Epoch I, other rods have been presented so far, but all with a metallic core (Kurtz S. M. PEEK Biomaterials Handbook [Book], Oxford: Elsevier, 2012. - p. 298).

046. O Poli-Éter-Éter-Cetona (PEEC) é um polímero termoplástico da família de polímeros Poli-Aril-Éter-Cetona (PAEC) que mantém sua estabilidade em046. Poly-Ether-Ether-Ketone (PEEC) is a thermoplastic polymer from the Poly-Aryl-Ether-Ketone (PAEC) polymer family that maintains its stability in

14/30 temperaturas que excedem os 300°C, resiste ao dano químico e por radiação, exibindo uma força por unidade de massa maior do que materiais metálicos, além de sua biocompatibilidade e afinidade com muitos tipos diferentes de agentes de reforço. Outras características são: apresenta boa esterilização (Godara A., Raabe D. e Green S. The influence of sterilization process on the micromechanical properties of carbon fiber-reinforced PEEK composite for bone implant applications [Artigo] // Acta Biomaterials. - 2007. - Vol. 2. - pp. 209-220) através de autoclave (Morrison C. [et al.] Biomaterials [Artigo], - Grã-Bretanha : Elsevier, 1995.- Vol. 16.- pp. 987-992), mínima toxicidade sistêmica, intracutânea e intramuscular (Kurtz S. M. e Devine J. N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants [Artigo] // Biomaterials. - [s.L]: Elsevier, 2007. - Vol. 28. - pp. 4845-4869), (Vadapalli S. [et al.] Biomechanical rationale for using polyetheretherketone (PEEK) spacers for lumbar interbody fusion-a finite element study [Artigo] // Spine. - 2006. - Vol. 31. - pp. E992-888p) e (Toth J. M. [et aL] Polyetheretherketone as a biomaterial for spinal applications [Artigo] // Biomaterials. - [s.L]: Elsevier, 2006. - Vol. 27. - pp. 324-34).14/30 temperatures exceeding 300 ° C, resists chemical and radiation damage, exhibiting greater strength per unit mass than metallic materials, in addition to its biocompatibility and affinity with many different types of reinforcing agents. Other characteristics are: it presents good sterilization (Godara A., Raabe D. and Green S. The influence of sterilization process on the micromechanical properties of carbon fiber-reinforced PEEK composite for bone implant applications [Article] // Acta Biomaterials. - 2007. - Vol. 2. - pp. 209-220) through an autoclave (Morrison C. [et al.] Biomaterials [Article], - Great Britain: Elsevier, 1995.- Vol. 16.- pp. 987-992) , minimal systemic, intracutaneous and intramuscular toxicity (Kurtz SM and Devine JN PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants [Article] // Biomaterials. - [sL]: Elsevier, 2007. - Vol. 28. - pp. 4845- 4869), (Vadapalli S. [et al.] Biomechanical rationale for using polyetheretherketone (PEEK) spacers for lumbar interbody fusion-a finite element study [Article] // Spine. - 2006. - Vol. 31. - pp. E992- 888p) and (Toth JM [et aL] Polyetheretherketone as a biomaterial for spinal applications [Article] // Biomaterials. - [sL]: Elsevier, 2006. - Vol. 27 - pp. 324-34).

047. Este é um polímero semicristalino, ou seja, possui fase cristalina e amorfa. O percentual de cristalinidade é definido pelo seu processo térmico de produção. A cristalinidade para o PEEC produzido por injeção é, tipicamente, de 30-35%. Os cristais de PEEC são esferulíticos (aproximadamente 25 a 40 pm de diâmetro) e formados a partir de lamelas finas (50 a 60A). Para obter mudanças na cristalinidade pode-se escolher entre o processo de manufatura por usinagem e injeção, mas também controlar parâmetros como a temperatura de processamento, tempo de molde, taxa de resfriamento da peça e subsequente recozimento. O processo por injeção pode formar uma camada periférica que pode diferenciar do centro do material (Sagomonyants K. B. [et al.] The in vitro response of human osteoblasts to polyetheretherketone (PEEK) substrates compared to comercially pure titanium [Artigo] // Biomaterials. - [s.L]: Elsevier, 2008. - Vol. 29. - pp. 1563-1572).047. This is a semicrystalline polymer, that is, it has a crystalline and amorphous phase. The percentage of crystallinity is defined by its thermal production process. The crystallinity for PEEC produced by injection is typically 30-35%. The PEEC crystals are spherulitic (approximately 25 to 40 pm in diameter) and formed from thin lamellae (50 to 60A). To obtain changes in crystallinity you can choose between the manufacturing process by machining and injection, but also to control parameters such as the processing temperature, mold time, cooling rate of the part and subsequent annealing. The injection process can form a peripheral layer that can differentiate from the center of the material (Sagomonyants KB [et al.] The in vitro response of human osteoblasts to polyetheretherketone (PEEK) substrates compared to comercially pure titanium [Article] // Biomaterials. - [sL]: Elsevier, 2008. - Vol. 29. - pp. 1563-1572).

048. A inserção de grupos hidroxílicos na superfície do PEEC, através de redução conduzida heterogeneamente com NaBH4 em Dimetilsulfóxido048. The insertion of hydroxy groups on the PEEC surface, through reduction carried out heterogeneously with NaBH 4 in Dimethylsulfoxide

15/30 (DMSO) à 120°C, aumenta a biocompatibilidade deste polímero moderadamente. Outra maneira de ativar as hidroxilas é através da reação com cloroformiato p-nitrofenil. Os compostos que contêm um grupo amina (lisina) são anexados para ativar a superfície através de ligação carbamato, conforme (Jagur-Grodzinski J. Biomedical application of functional polymers [Artigo] // Reactive & Functional Polymers. - 1999. - Vol. 39. - pp. 99-138).15/30 (DMSO) at 120 ° C, increases the biocompatibility of this polymer moderately. Another way to activate hydroxyls is by reacting with p-nitrophenyl chloroformate. Compounds containing an amine group (lysine) are attached to activate the surface through carbamate bonding, as (Jagur-Grodzinski J. Biomedical application of functional polymers [Article] // Reactive & Functional Polymers. - 1999. - Vol. 39 - pp. 99-138).

049. A família de polímeros PAEC vem sendo utilizada crescentemente desde 1980 como biomaterial em aplicações de trauma, ortopedia e implantes de coluna (Ponnappan R. K. [et al.] Biomechanical evaluation and comparison of polietheretherketone rod system to traditional titanium rod fixation [Artigo] // The Spine Journal. - [s.l.]: Elsevier, 2009. - Vol. 9. - p. In press). Em meados desta mesma década, o PEEC foi reconhecido como um candidato possível para novos designs de hastes de quadril isoelásticas (que possuem propriedades mecânicas próximas ao osso) (Skinner Η. B. Composite technology for total hip arthroplasty [Artigo] // Clin Orthop Relat Res. - 1988. - Vol. 235. - pp. 224-236).049. The PAEC family of polymers has been increasingly used since 1980 as a biomaterial in trauma, orthopedics and spine implant applications (Ponnappan RK [et al.] Biomechanical evaluation and comparison of polietheretherketone rod system to traditional titanium rod fixation [Article] / / The Spine Journal. - [sl]: Elsevier, 2009. - Vol. 9. - p. In press). In the middle of the same decade, PEEC was recognized as a possible candidate for new designs of isoelastic hip stems (which have mechanical properties close to the bone) (Skinner Η. B. Composite technology for total hip arthroplasty [Article] // Clin Orthop Relat Res. - 1988. - Vol. 235. - pp. 224-236).

050. Estes polímeros apresentam grande facilidade radiográfica em relação ao titânio, o que significa uma vantagem significativa na aplicação em grande escala (Ponnappan R. K. [et al.] Biomechanical evaluation and comparison of polietheretherketone rod system to traditional titanium rod fixation [Artigo] // The Spine Journal. - [s.l.]: Elsevier, 2009. - Vol. 9. - p. In press). Em 1988, Skinner escreveu que era clara a necessidade de hastes de fêmur com menores espessuras e módulo de elasticidade (Skinner Η. B. Composite technology for total hip arthroplasty [Artigo] // Clin Orthop Relat Res. - 1988. - Vol. 235. - pp. 224-236).050. These polymers have a great radiographic facility in relation to titanium, which means a significant advantage in large-scale application (Ponnappan RK [et al.] Biomechanical evaluation and comparison of polietheretherketone rod system to traditional titanium rod fixation [Article] // The Spine Journal. - [sl]: Elsevier, 2009. - Vol. 9. - p. In press). In 1988, Skinner wrote that there was a clear need for femur stems with less thickness and modulus of elasticity (Skinner B.. B. Composite technology for total hip arthroplasty [Article] // Clin Orthop Relat Res. - 1988. - Vol. 235 - pp. 224-236).

051. Outro fato importante é que este polímero é considerado relativamente inerte biologicamente, com nenhum relato de reação inflamatória causada por formação de partículas de debris (partículas geradas pelo desgaste) (Rivard C. H., Rhalmi S. e Coillard C. In vivo biocompatibility testing of peek polymer for a spinal implant system: a study in rabbits [Artigo] // Journal of Biomedical Materials Research. - 2002. - Vol. 62. - pp. 488-498).051. Another important fact is that this polymer is considered relatively biologically inert, with no reports of an inflammatory reaction caused by the formation of debris particles (particles generated by wear) (Rivard CH, Rhalmi S. and Coillard C. In vivo biocompatibility testing of peek polymer for a spinal implant system: a study in rabbits [Article] // Journal of Biomedical Materials Research. - 2002. - Vol. 62. - pp. 488-498).

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052. Ao redor do ano de 1990 o PEEC emergiu como candidato líder entre os termoplásticos de alto desempenho para substituir os componentes de implantes metálicos, especialmente em ortopedia e trauma (Liao K. Performance characterization and modeling of a composite hip prosthesis [Artigo]// Exp Tech. - 1994.- pp. 33-38) e (Maharaj G. R. e Jamison R. D. Intraoperative impact: characterization and laboratory simulation on composite hip prostheses// Jamison, R. D.; Gilbertson, L. N.; STP 1178: composite materials for implant applications in the human body: characterization and testing. - Philadelphia : ASTM, 1993. - pp. 98-108).052. Around 1990 PEEC emerged as a leading candidate among high performance thermoplastics to replace metallic implant components, especially in orthopedics and trauma (Liao K. Performance characterization and modeling of a composite hip prosthesis [Article] / / Exp Tech. - 1994.- pp. 33-38) e (Maharaj GR and Jamison RD Intraoperative impact: characterization and laboratory simulation on composite hip prostheses // Jamison, RD; Gilbertson, LN; STP 1178: composite materials for implant applications in the human body: characterization and testing. - Philadelphia: ASTM, 1993. - pp. 98-108).

053. No que diz respeito à necessidade de carga mecânica para estes implantes, em 1993 os cirurgiões Arthur Steffee e John Brantigan inicialmente vislumbraram um dispositivo de titânio que permitisse o crescimento do osso ao seu redor; foi quando os dois perceberam que o design era o primeiro passo. Dentro deste, o maior desafio era a grande espessura do dispositivo de titânio que podería promover o suporte da carga mecânica, impedindo o crescimento ósseo. Carl McMillin, um engenheiro de polímeros da AcroMed, estava familiarizado com os termoplásticos de alto desempenho e recomendou a família PAEC para suprir estas limitações. O sucesso clínico e comercial deste dispositivo lombar foi o marco do corrente aumento da utilização do PEEC em implantes de coluna (McMillin C. Evaluation of PEKEKK composites for spine implants [Conferência]// 38th international SAMPE symposium. - 1993.- pp. 591-598).053. Regarding the need for mechanical loading for these implants, in 1993 surgeons Arthur Steffee and John Brantigan initially envisioned a titanium device that would allow the growth of the bone around them; that's when the two realized that design was the first step. Within this, the biggest challenge was the great thickness of the titanium device that could promote the support of the mechanical load, preventing bone growth. Carl McMillin, a polymer engineer at AcroMed, was familiar with high-performance thermoplastics and recommended the PAEC family to address these limitations. The clinical and commercial success of this lumbar device was a milestone in the current increase in the use of PEEC in spine implants (McMillin C. Evaluation of PEKEKK composites for spine implants [Conference] // 38th international SAMPE symposium. - 1993.- pp. 591 -598).

054. O PEEC ainda está em período de consideração e adoção cautelosa na ortopedia. A necessidade clínica, para a comunidade ortopédica, tem sido focada na extensão da longevidade dos implantes existentes para a população de idade mais avançada, como também na expansão do sucesso clínico de reparo total de juntas para os mais jovens e esportistas. Consequentemente, as tecnologias recentes de implantes ortopédicos precisam demonstrar desempenho em longo prazo com relação às alternativas tradicionais (NIH Consensus Statement Total Knee Replacement [Online] // National Institutes of Health Technology Assessment Conference, 1994) e (NIH Consensus054. PEEC is still in a period of careful consideration and adoption in orthopedics. The clinical need for the orthopedic community has been focused on extending the longevity of existing implants for the older population, as well as on expanding the clinical success of total joint repair for the youngest and sportsmen. Consequently, recent orthopedic implant technologies need to demonstrate long-term performance over traditional alternatives (NIH Consensus Statement Total Knee Replacement [Online] // National Institutes of Health Technology Assessment Conference, 1994) and (NIH Consensus

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Statement Total Knee Replacement [Online]// National Institutes of Health Technology Assessment Conference. - 2003. - 30 de julho de 2009. - http://consensus.nih.gov/).Statement Total Knee Replacement [Online] // National Institutes of Health Technology Assessment Conference. - 2003. - July 30, 2009. - http://consensus.nih.gov/).

055. Segundo Kurtz a aplicação do PEEC em implantes de quadril pode ser viável através do estudo de novos designs, como hastes isoelásticas e modificação na superfície destes dispositivos. No entanto serão necessários muitos anos, talvez uma década, até que estes novos dispositivos possam ser julgados como superiores aos atualmente utilizados (Kurtz S. M. e Devine J. N. PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants [Artigo]// Biomaterials. - [s.L]: Elsevier, 2007. - Vol. 28. - pp. 4845-4869).055. According to Kurtz, the application of PEEC in hip implants may be feasible through the study of new designs, such as isoelastic nails and modification on the surface of these devices. However, it will take many years, perhaps a decade, before these new devices can be judged to be superior to those currently used (Kurtz SM and Devine JN PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants [Article] // Biomaterials. - [sL ]: Elsevier, 2007. - Vol. 28. - pp. 4845-4869).

056. Um estudo recente cita que até o momento o objetivo da osseointegração ainda não foi atingido através da seleção do material polimérico, a otimização do design e o acabamento superficial das próteses de quadril. Por este motivo foi proposta a análise radiográfica e histológica de hastes de quadril de PEEC reforçadas por fibra de carbono implantadas sem cimento ósseo em ovinos adultos e com um grupo controle utilizando hastes de titânio. As conclusões mostram que 50% dos casos de PEEC atingiram a ancoragem óssea contra 100% dos casos das hastes de titânio. Em contrapartida 100% dos casos de PEEC implantados não apresentaram reabsorção óssea em um período de 12 meses, enquanto que 60% das hastes de titânio apresentaram osteopenia (precursora da osteoporose) (Nakahara I. [et al.] Novel Surface Modifications of Carbon Fiber-Reinforced Polyetheretherketone Hip Stem in an Ovine Model [Artigo] // Artificial Organs. [s.L]: Wiley Periodicals, Inc, 2011. - In press).056. A recent study mentions that so far the objective of osseointegration has not yet been achieved through the selection of the polymeric material, the optimization of the design and the surface finish of the hip prostheses. For this reason, radiographic and histological analysis of PEEC hip stems reinforced by carbon fiber implanted without bone cement in adult sheep and with a control group using titanium rods was proposed. The conclusions show that 50% of the cases of PEEC reached bone anchorage against 100% of the cases of titanium nails. In contrast, 100% of implanted PEEC cases did not show bone resorption in a 12-month period, while 60% of the titanium rods presented osteopenia (precursor to osteoporosis) (Nakahara I. [et al.] Novel Surface Modifications of Carbon Fiber -Reinforced Polyetheretherketone Hip Stem in an Ovine Model [Article] // Artificial Organs. [SL]: Wiley Periodicals, Inc, 2011. - In press).

057. Ensaios de fadiga (ver figura 5) mostraram que a maioria da carga foi elástica e foi dedicada a abertura da trinca, sendo que a propagação da mesma e consequente ruptura foi dada ao final dos ensaios. Este estudo de Sobieraj foi voltado para análise do PEEC em aplicações ortopédicas e conclui que as curvas de tensão vs. deslocamento por fadiga mostraram histereses insignificantes (material com comportamento elástico) indicando a faixa de resistência do material. Por fim o estudo mostra que o PEEC é uma boa opção057. Fatigue tests (see figure 5) showed that the majority of the load was elastic and was dedicated to opening the crack, with the propagation of the crack and consequent rupture being given at the end of the tests. This Sobieraj study was aimed at analyzing PEEC in orthopedic applications and concludes that the stress vs. fatigue displacement showed insignificant hysteresis (material with elastic behavior) indicating the material's resistance range. Finally, the study shows that PEEC is a good option

18/30 para confecção de próteses de quadril (Sobieraj M. C. [et al.] Notched fatigue behavior of PEEK [Artigo] // Biomaterials. - [s.l.]: Elsevier, 2010. - 9156-9162p : Vol. 31).18/30 for making hip prostheses (Sobieraj M. C. [et al.] Notched fatigue behavior of PEEK [Article] // Biomaterials. - [s.l.]: Elsevier, 2010. - 9156-9162p: Vol. 31).

058. No âmbito patentário foram encontrados documentos que apresentamos a seguir:058. In the patent scope, the following documents were found:

059. Patente US2013282134 (A1), 2013/10/24, “Multi-layered prosthetic constructions, kits, and methods”, esta patente relata um invento de uma forma construtiva de próteses utilizando camadas de material cerâmico sobrepostas. Na invenção proposta em PEEC o material é polimérico e isoelástico, ou seja, totalmente sólido e formado por um único material que foi obtido por extrusão e posteriormente usinado até a sua forma final.059. Patent US2013282134 (A1), 2013/10/24, “Multi-layered prosthetic constructions, kits, and methods”, this patent reports an invention of a constructive form of prostheses using overlapping layers of ceramic material. In the proposed PEEC invention the material is polymeric and isoelastic, that is, totally solid and formed by a single material that was obtained by extrusion and later machined until its final shape.

060. Patente US8506642 (B1), 2013/08/2013, “Hip implant with porous body”, o documento descreve uma haste metálica proposta em duas peças a serem montadas (bipartida). O material proposto em US8506642 para confecção da haste é metálico e difere da presente invenção que utiliza material polimérico, PEEC.060. Patent US8506642 (B1), 2013/08/2013, “Hip implant with porous body”, the document describes a metal rod proposed in two parts to be assembled (split). The material proposed in US8506642 for making the stem is metallic and differs from the present invention which uses polymeric material, PEEC.

061. Patente KR20130069567 (A), 2013/06/26, “Hip implant”, este documento descreve uma forma de haste com desenho muito diferente da proposta da presente invenção e é específico para o público asiático.061. Patent KR20130069567 (A), 06/26/2013, “Hip implant”, this document describes a rod shape with a design very different from the proposal of the present invention and is specific to the Asian public.

062. Patente US20130131824 (A1), 2013/05/23, “Porous coating for orthopedic implants”, o documento faz referência a um processo de tratamento superficial através do revestimento metálico das hastes de fêmur visando a melhor adesão, mas não trata da própria criação de um modelo de haste.062. Patent US20130131824 (A1), 2013/05/23, “Porous coating for orthopedic implants”, the document makes reference to a process of superficial treatment through the metallic coating of the femur rods aiming at the best adhesion, but it does not deal with its own creation of a stem model.

063. Patente US2013218288 (A1), 2013/03/15, “Dynamic porous coating for orthopedic implant”, a patente se refere a um tratamento superificial de hastes para melhorar a fixação na interface entre o osso humano e a haste, e não da própria proposição de um novo desenho de haste femoral em polímero PEEC como é o caso do invento aqui proposto.063. Patent US2013218288 (A1), 2013/03/15, “Dynamic porous coating for orthopedic implant”, the patent refers to a super artificial treatment of nails to improve the fixation at the interface between human bone and nail, and not the proposition of a new design of femoral stem in PEEC polymer as is the case of the invention proposed here.

064. Patente WO2013028735 (A1), 2013/02/28, “Medical device for bone implant and method for producing such a device”, o documento descreve064. WO2013028735 (A1), 2013/02/28, “Medical device for bone implant and method for producing such a device”, the document describes

19/30 uma forma de melhorar a interface entre o osso humano e hastes femorais de titânio e zircônia (não poliméricas) através de um tratamento superficial que cria pequenos furos ao longo da haste. Neste caso não há o invento de um modelo de haste como o proposto neste documento.19/30 a way to improve the interface between human bone and femoral stems of titanium and zirconia (non-polymeric) through a surface treatment that creates small holes along the stem. In this case, there is no invention of a stem model as proposed in this document.

065. Patente US2013018482 (A1), 2013/01/17, “Implant sleeve for cement hip stems”, a patente descreve um acessório chamado de luva para ser fixado em hastes para auxiliar na interface/fixação entre o osso humano e a prótese. Neste caso não há uma proposta de um novo desenho totalmente polimérico em PEEC como o invento aqui proposto.065. Patent US2013018482 (A1), 2013/01/17, “Implant sleeve for cement hip stems”, the patent describes an accessory called a glove to be attached to nails to assist in the interface / fixation between the human bone and the prosthesis. In this case, there is no proposal for a new fully polymeric design in PEEC as the invention proposed here.

066. Patente US2012265319 (A1), 2012/10/18, “Total hip arthroplasty”, a patente descreve a invenção de um novo modelo de haste femoral e de acetábulo, porém a haste femoral é metálica e não polimérica como proposto neste invento. Além disto, o desenho da haste é muito diferente do invento proposto.066. Patent US2012265319 (A1), 2012/10/18, “Total hip arthroplasty”, the patent describes the invention of a new model of femoral stem and acetabulum, however the femoral stem is metallic and non-polymeric as proposed in this invention. Furthermore, the design of the rod is very different from the proposed invention.

067. Patente US2012221116 (A1), 2012/08/30, “Hip stem prosthesis”, esse documento trata de um invento de haste femoral utilizando material metálico e não polimérico (neste caso PEEC) proposto neste invento.067. US2012221116 (A1), 2012/08/30, “Hip stem prosthesis”, this document deals with a femoral stem invention using metallic and non-polymeric material (in this case PEEC) proposed in this invention.

068. Patente US20120136455 (A1), 2012/05/31, “Prosthetic hip implants”, a patente trata de um invento de uma haste compósita de desenho diferente do aqui proposto, ou seja, que possui polímero e metal. O invento aqui proposto mostra uma haste isoelástica, ou seja, feita toda de somente um material polimérico, neste caso o PEEC.068. Patent US20120136455 (A1), 2012/05/31, "Prosthetic hip implants", the patent deals with an invention of a composite stem of a different design from the one proposed here, that is, which has polymer and metal. The invention proposed here shows an isoelastic rod, that is, made entirely of only one polymeric material, in this case PEEC.

069. Patente WO2012065068 (A1), 2012/05/18, “Orthopedic implant with porous polymer bone contacting surface”, o documento trata de um invento de haste totalmente polimérica, porém não isoelástica visto que propõe dois polímeros diferentes (um interno e outro externo), ao contrário do invento aqui proposto como uma haste maciça em PEEC.069. Patent WO2012065068 (A1), 2012/05/18, “Orthopedic implant with porous polymer bone contacting surface”, the document deals with an invention of a totally polymeric stem, but not isoelastic since it proposes two different polymers (one internal and another external), contrary to the invention proposed here as a massive PEEC rod.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

070. É um objeto do presente modelo de utilidade a produção de uma haste isoelástica femoral fabricada em polímero para próteses de quadril.070. It is an object of the present utility model to produce an isoelastic femoral stem made of polymer for hip prostheses.

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071. Em uma realização preferencial o material polimérico utilizado é poliéter-éter-cetona (PEEC).071. In a preferred embodiment, the polymeric material used is polyether-ether-ketone (PEEC).

072. Em uma realização preferencial o processo de fabricação da haste ocorre por usinagem.072. In a preferred embodiment, the rod manufacturing process takes place by machining.

073. A novidade reside no fato de se conseguir obter um design de haste femoral fabricado em polímeros comercialmente utilizados com propriedades mais próximas do osso humano, que suportem o teste em fadiga que simula as condições de esforços ao qual uma haste deve ser submetida para poder ser aprovada mecanicamente para uso.073. The novelty lies in the fact that it is possible to obtain a femoral stem design made from commercially used polymers with properties closer to human bone, which support the fatigue test that simulates the stress conditions to which a stem must be subjected in order to be mechanically approved for use.

074. Não existem registros em artigos científicos ou patentes que demonstrem que isto foi alcançado. Existem somente casos de sucesso em próteses compósitas que utilizam PEEC e outros polímeros, mas sempre com alma metálica. Acredita-se que isto não atinge o objetivo de aproximar as propriedades do fêmur ao material substituto, visto que o metal possui propriedades muito diferentes do osso humano.074. There are no records in scientific articles or patents that demonstrate that this has been achieved. There are only successful cases in composite prostheses using PEEC and other polymers, but always with a metallic core. It is believed that this does not achieve the objective of bringing the properties of the femur closer to the substitute material, since the metal has very different properties from human bone.

075. A aplicação industrial desta invenção é potencialmente integral, pois a haste foi desenvolvida com material polimérico de grau médico denominado comercialmente como PEEK OPTIMA LT1 doado pela empresa Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, Reino Unido) e que já é utilizado comercialmente em aplicações médicas em humanos como: fixadores intramedulares ósseos, gaiolas intervertebrais (cages), parafusos e placas.075. The industrial application of this invention is potentially integral, as the stem was developed with medical grade polymeric material commercially known as PEEK OPTIMA LT1 donated by Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, United Kingdom) and which is already used commercially in medical applications in humans such as: bone intramedullary fixators, intervertebral cages (cages), screws and plates.

076. A utilização do PEEC ou outros polímeros nos implantes de quadril distribui melhor a carga compressiva sobre os ossos, por possuir uma menor densidade e principalmente um menor módulo elástico que diminuem a ação de descalcificação dos ossos pelo corpo humano, trazendo o benefício de menos intervenções cirúrgicas durante a vida do paciente.076. The use of PEEC or other polymers in hip implants better distributes the compressive load on bones, as it has a lower density and mainly a lower elastic modulus that reduces the action of descaling bones by the human body, bringing the benefit of less surgical interventions during the patient's life.

077. Destaca-se como vantagens o uso do PEEC ou outros polímeros em implantes de quadril:077. The advantages of using PEEC or other polymers in hip implants are:

a) não ocorrência de metalose (reação inflamatória dos tecidos ao metal);a) non-occurrence of metallosis (inflammatory reaction of tissues to metal);

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b) facilidade de fabricação por usinagem com custos mais baixos do que as de metal;b) ease of manufacturing by machining at lower costs than metal;

c) possibilidade de redução ainda maior de custos através de injeção plástica;c) possibility of even greater cost savings through plastic injection;

d) possibilidade de aumento de duração da haste implantada reduzindo o número de cirurgias de troca de haste ao longo da vida do paciente (redução do efeito sfress shielding).d) possibility of increasing the duration of the implanted nail, reducing the number of nail replacement surgeries throughout the patient's life (reduction of the sfress shielding effect).

Descrição das FigurasDescription of the Figures

Figura 1 - Componentes de um típico implante total de quadril (Alves, et al., 2003), conforme descrito abaixo:Figure 1 - Components of a typical total hip implant (Alves, et al., 2003), as described below:

a) Acetábulo - componente acetabulara) Acetabulum - acetabular component

b) Cabeça femuralb) Femoral head

c) Haste femuralc) Femoral stem

Figura 2 - Exemplo de implante de quadril colocado nas duas pernas de um paciente (Machado, 2008)Figure 2 - Example of a hip implant placed on a patient's two legs (Machado, 2008)

Figura 3a - Vista em corte de um implante de quadril com cimento em pacientes com mais idade, composto por:Figure 3a - Sectional view of a hip implant with cement in older patients, comprising:

a) metala) metal

b) cimentob) cement

c) ossoc) bone

Figura 3b - Vista em corte de um implante de quadril sem cimento e com tratamento de porosidade superficial em pacientes jovens e ativos, composto por:Figure 3b - Sectional view of a hip implant without cement and with superficial porosity treatment in young and active patients, composed of:

a) metala) metal

b) tratamento porosob) porous treatment

c) ossoc) bone

Figura 4a - Transferência de carga no fêmur intactoFigure 4a - Load transfer in the intact femur

Figura 4b - Transferência de carga no fêmur com prótese de quadrilFigure 4b - Load transfer in the femur with hip prosthesis

Figura 5 - Dados experimentais e curvas de regressão baseadas nas relações de Basquin de fadigaFigure 5 - Experimental data and regression curves based on Basquin relationships of fatigue

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Figura 6 - Haste de prótese proposta para fabricação em polímero poli-éteréter-cetona (PEEC)Figure 6 - Prosthesis stem proposed for manufacture in polyetheretherketone polymer (PEEC)

Figura 7 — Foto inferior da esfera de alumina padrão utilizada em conjunto com o modelo de haste proposto os dez modelos de hastes propostosFigure 7 - Bottom photo of the standard alumina sphere used in conjunction with the proposed stem model the ten proposed stem models

Figura 8 - Modelo tridimensional da esfera de alumina utilizadaFigure 8 - Three-dimensional model of the alumina sphere used

Figura 9 - Curva de fadiga para o TECAST-L fabricado por injeção.Figure 9 - Fatigue curve for TECAST-L manufactured by injection.

Figura 10a — Resultados de geração de malha da haste com vista frontal do acetábulo, esfera e hasteFigure 10a - Stem meshing results with frontal view of the acetabulum, sphere and stem

Figura 10b - Resultados de geração de malha da haste com vista lateralFigure 10b - Stem meshing results with side view

Figura 10c - Resultados de geração de malha da haste isoladamenteFigure 10c - Stem meshing results alone

Figura 11 - Resultados de tensão de Von Mises no ensaio estático da haste 01 em TECAST-LFigure 11 - Von Mises stress results in the static test of stem 01 in TECAST-L

Figura 12 - Resultados de deformações no ensaio estático da haste em TECAST-L.Figure 12 - Results of deformations in the static nail test in TECAST-L.

Figura 13 - Resultados de deslocamento no ensaio estático da haste em TECAST-L.Figure 13 - Displacement results in the static stem test in TECAST-L.

Figura 14 - Resultados de tensão de Von Mises no ensaio de fadiga da haste em TECAST-L.Figure 14 - Von Mises stress results in the TECAST-L stem fatigue test.

Figura 15 - Curva de fadiga trativa para o PEEK Optima® LT1 a 23°C e 0.5Hz Figura 16 - Resultados de tensão de Von Mises no ensaio estático da haste 01 em PEEC.Figure 15 - Tractive fatigue curve for PEEK Optima® LT1 at 23 ° C and 0.5Hz Figure 16 - Von Mises stress results in the static test of stem 01 in PEEC.

Figura 17 - Resultados de deformações no ensaio estático da haste em PEEC. Figura 18 - Resultados de deslocamento no ensaio estático da haste em PEEC.Figure 17 - Results of deformations in the static test of the stem in PEEC. Figure 18 - Displacement results in static PEEC stem test.

Figura 19 - Resultados de tensão de Von Mises no ensaio de fadiga da haste em PEEC.Figure 19 - Von Mises stress results in the PEEC stem fatigue test.

Figura 20 - Usinagem da primeira haste realizada em PEEC OPTIMA® LT1 em (a) desbaste da parte superior; (b) acabamento da parte superior; (c) acabamento das laterais da parte superior; (d) acabamento da parte inferior; (e) e (f) acabamento das laterais da parte inferiorFigure 20 - Machining of the first shank performed in PEEC OPTIMA® LT1 in (a) roughing of the upper part; (b) finishing the upper part; (c) finishing the sides of the upper part; (d) finishing the bottom; (e) and (f) finishing the sides of the bottom

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Figura 21 - Acabamento da haste realizada em PEEC OPTIMA® LT1 após lixamento e polimento das quatro facesFigure 21 - Finishing of the rod made in PEEC OPTIMA® LT1 after sanding and polishing the four faces

Figura 22 - Fixação da haste em TECAST-L (a) posicionamento da haste antes da colocação no dispositivo juntamente com a colocação de um termopar para controle de temperatura de cura, (b) vista interna do dispositivo de fixação, (c) vista de topo da inserção da haste dentro do dispositivo de fixação respeitando os ângulos lateral e frontal da norma (ISO 7206-4, 2011) e (d) dispositivo com a resina inserida juntamente com a haste e em processo de cura embebido em água em temperatura ambienteFigure 22 - Fixation of the rod in TECAST-L (a) positioning of the rod before placing it in the device together with the placement of a thermocouple to control the curing temperature, (b) internal view of the fixation device, (c) view of top of the stem insertion into the fixation device respecting the lateral and frontal angles of the standard (ISO 7206-4, 2011) and (d) device with the resin inserted together with the stem and in the curing process soaked in water at room temperature

Figura 23 - Configuração do ensaio de fadiga na haste 01 em TECAST-L com câmera termográfica acopladaFigure 23 - Configuration of fatigue test on stem 01 in TECAST-L with coupled thermographic camera

Figura 24 - Gráfico do ensaio de fadiga realizado na haste 01 em TECAST-L demonstrando os valores registrados de carga mínima e máxima até o final dos 5x106 ciclos.Figure 24 - Graph of the fatigue test performed on stem 01 in TECAST-L showing the recorded values of minimum and maximum load until the end of the 5x10 6 cycles.

Figura 25 - Gráfico do ensaio de fadiga realizado na haste 01 em PEEC demonstrando os valores registrados de carga mínima e máxima até o final dos 1x107 ciclos.Figure 25 - Graph of the fatigue test performed on stem 01 in PEEC showing the recorded values of minimum and maximum load until the end of the 1x10 7 cycles.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

078. Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.078. The examples shown here are intended only to exemplify one of the numerous ways of carrying out the invention, however without limiting the scope of it.

Haste de quadril e esfera utilizadaHip stem and ball used

079. A haste proposta neste modelo de utilidade (figura 6) e esfera foram modeladas através do software tridimensional de Desenho Assistido por Computador (DAC), SolidWorks 2010 e possuem as seguintes características:079. The rod proposed in this utility model (figure 6) and sphere were modeled using the three-dimensional Computer Assisted Design (DAC) software, SolidWorks 2010 and have the following characteristics:

a) a esfera comercial (figura 7) utilizada é fabricada em alumina e possui 32 mm de diâmetro externo;a) the commercial sphere (figure 7) used is made of alumina and has a 32 mm external diameter;

b) de acordo com a norma de fadiga ISO 7206-4:2011 o comprimento da haste proposta (CT) ficou dentro da faixa de tamanho médio (120 mm < CT < 250 mm);b) according to the fatigue norm ISO 7206-4: 2011 the proposed stem length (CT) was within the average size range (120 mm <CT <250 mm);

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c) o projeto prevê aplicação sem utilização de cimento para fixação no fêmur (próteses não-cimentadas).c) the project provides for application without using cement to fix the femur (cementless prostheses).

080. O modelo tridimensional da esfera comercial utilizada (figura 8) foi obtido através de uma Máquina de Medir por Coordenadas (MMC) com resolução (0,0001 mm) e capacidade dimensional de 750(x) x 500(y) x 500(z).080. The three-dimensional model of the commercial sphere used (figure 8) was obtained through a Coordinate Measuring Machine (MMC) with resolution (0.0001 mm) and dimensional capacity of 750 (x) x 500 (y) x 500 ( z).

Análise por elementos finitosFinite element analysis

081. O modelo de haste femoral apresentado foi analisado pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) através do software de simulação computacional SolidWorks Simulation 2012.081. The model of the presented femoral stem was analyzed by the Finite Element Method (MEF) through the computer simulation software SolidWorks Simulation 2012.

082. Os resultados apresentados foram produzidos utilizando os critérios abaixo descritos:082. The results presented were produced using the criteria described below:

• a forma de contato entre acetábulo-esfera e esfera-haste foi do tipo contato sem penetração e sem atrito (condição mais severa possível);• the form of contact between the acetabulum-sphere and the sphere-rod was of the contact type without penetration and without friction (the most severe condition possible);

• a esfera e o acetábulo foram considerados totalmente homogêneos e de material denominado alumina (AI2O3);• the sphere and the acetabulum were considered completely homogeneous and made of material called alumina (AI 2 O 3 );

• a haste foi considerada totalmente homogênea e com as propriedades mecânicas (tensão de escoamento trativo e compressivo, módulo de elasticidade, flexão, etc.) do PEEC comercial de grau médico Optima® LT1 da Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, Reino Unido) para a simulação, pois temos tração, compressão e flexão ocorrendo em pontos diferentes durante a compressão e também foi utilizada a curva de fadiga e propriedades da mesma forma para a simulação com o TECAST-L;• the stem was considered totally homogeneous and with the mechanical properties (tensile and compressive yield stress, elastic modulus, flexion, etc.) of the medical grade commercial PEEC Optima® LT1 from Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, United Kingdom) for the simulation, as we have traction, compression and flexion occurring at different points during compression and the fatigue curve and properties in the same way were also used for the simulation with TECAST-L;

• engaste da haste em 80 mm de distância contados a partir do extremo inferior da mesma (ISO 7206-4, 2011);• shank of the stem 80 mm apart from the lower end of the stem (ISO 7206-4, 2011);

• haste fixada com ângulo de inclinação frontal, a, de 10° e lateral, β, de 9o (ISO 7206-4, 2011);• fixed rod with frontal tilt angle, a, 10 ° and lateral, β, 9 o (ISO 7206-4, 2011);

• ensaio estático com força compressiva máxima de 2300 N aplicada ortogonalmente no acetábulo e sempre passando pelo centro da esfera;• static test with a maximum compressive force of 2300 N applied orthogonally in the acetabulum and always passing through the center of the sphere;

• após o ensaio estático a haste foi submetida ao ensaio de fadiga com carga cíclica mínima de 200 N e máxima de 2300 N durante o mínimo de 5x106 ciclos (ISO 7206-4, 2011).• after the static test the rod was submitted to the fatigue test with a minimum cyclic load of 200 N and a maximum of 2300 N for a minimum of 5x10 6 cycles (ISO 7206-4, 2011).

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083. Primeiramente foi realizada uma simulação utilizando o material TECAST-L (propriedades apresentadas na tabela 2) e na figura 9 é apresentado o desempenho em fadiga deste material.083. Firstly, a simulation was performed using TECAST-L material (properties shown in table 2) and figure 9 shows the fatigue performance of this material.

084. A figura 10 apresenta as imagens da malha sólida da haste com tamanho de elemento de 1,5 mm. Esta malha foi do tipo 4 pontos Jacobianos com tolerância de 0,075 mm, total de nós de 277.273 e total de elementos de 190.863 com 99,5% dos elementos com razão de aspecto menor que 3.084. Figure 10 shows the images of the solid rod mesh with an element size of 1.5 mm. This mesh was of the type Jacobian 4 points with 0.075 mm tolerance, total knots of 277,273 and total elements of 190,863 with 99.5% of the elements with aspect ratio less than 3.

085. Os resultados referentes ao campo de tensões estáticos (Von Mises) da haste são apresentados na figura 11. Nota-se que as tensões máximas atingiram aproximadamente 60 MPa na região do engaste. É importante notar que a tensão de escoamento compressiva do TECAST-L está próxima dos 70 MPa.085. The results regarding the static stress field (Von Mises) of the stem are shown in figure 11. Note that the maximum stresses reached approximately 60 MPa in the region of the setting. It is important to note that the compressive yield stress of TECAST-L is close to 70 MPa.

086. As deformações sofridas pela haste são mostradas na figura 12 onde se vê que a máxima está na faixa de 2,9% na região de engaste e pescoço.086. The deformations suffered by the stem are shown in figure 12 where it is seen that the maximum is in the range of 2.9% in the region of the bezel and neck.

087. Além das deformações a haste também sofreu deslocamentos da sua posição original e estes são mostrados na figura 13, onde nota-se que o maior deslocamento ocorreu no acetábulo que deslocou-se cerca de 2,8 mm, porém a haste teve seu deslocamento máximo de aproximadamente 2,3mm.087. In addition to the deformations, the stem also suffered displacements from its original position and these are shown in figure 13, where it is noted that the greatest displacement occurred in the acetabulum, which moved about 2.8 mm, however the stem had its displacement maximum of approximately 2.3mm.

088. A haste foi considerada aprovada na simulação de ensaio estático, portanto, foi submetida ao ensaio de fadiga simulado e os resultados são apresentados na figura 14 que demonstra que a haste, em simulação numérica, suportou perfeitamente os 5x106 ciclos exigidos pela norma ISO 7206-4:2011 chegando até 1x107 ciclos.088. The stem was considered approved in the static test simulation, therefore, it was subjected to the simulated fatigue test and the results are shown in figure 14 which shows that the stem, in numerical simulation, perfectly supported the 5x10 6 cycles required by the ISO standard 7206-4: 2011 reaching up to 1x10 7 cycles.

089. As propriedades mecânicas do material PEEC da haste foram as mesmas do comercial PEEK Optima® LT1 da Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, Reino Unido) e são apresentados na tabela 1.089. The mechanical properties of the PEEC material of the stem were the same as the commercial PEEK Optima® LT1 of Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, United Kingdom) and are shown in table 1.

Propriedade Método Unidade Optima®Optima® Unit Method Property

Tensão deVoltage of

ISO 527ISO 527

MPaMPa

100100

26/3026/30

escoamento flow Elongação Elongation ISO 527 ISO 527 % % 20 20 Módulo de Flexão Flexion Module ISO 178 ISO 178 GPa GPa 4 4 Tensão de Flexão Bending Stress ISO 178 ISO 178 GPa GPa 170 170 Impacto Izod Izod Impact ISO 180 ISO 180 kj/m2 kj / m 2 7,6 7.6 (entalhe) (notch) Densidade Density ISO 1183 ISO 1183 g/cm3 g / cm 3 1,3 1.3 Módulo de Module of «Βίββ iSiSS# «Βίββ iSiSS # GPa GPa 3,5 3.5 Elasticidade Elasticity

Tabela 1 - Propriedades Mecânicas do PEEC Optima® LT1. Fonte: adaptado de (Kurtz, 2012).Table 1 - Mechanical Properties of PEEC Optima® LT1. Source: adapted from (Kurtz, 2012).

090. Na figura 15 é apresentado o desempenho em fadiga do PEEC comercial PEEK Optima® LT1 que foi utilizado para a simulação em fadiga do conjunto acetábulo, esfera e haste segundo a norma ISO 7206-4:2011. Apesar de esta curva ter sido obtida em tração e o desempenho em fadiga ser simulado em compressão, acredita-se que o real desempenho compressivo deva ser igual ou superior ao trativo.090. Figure 15 shows the fatigue performance of the commercial PEEC PEEK Optima® LT1, which was used for fatigue simulation of the acetabulum, sphere and stem set according to ISO 7206-4: 2011. Although this curve was obtained in traction and the fatigue performance is simulated in compression, it is believed that the real compressive performance must be equal to or greater than the tractive one.

091. A figura 10 apresenta as imagens da malha sólida da haste com tamanho de elemento de 1,5 mm. Esta malha foi do tipo 4 pontos Jacobianos com tolerância de 0,075 mm, total de nós de 277.273 e total de elementos de 190.863 com 99,5% dos elementos com razão de aspecto menor que 3.091. Figure 10 shows the images of the solid rod mesh with an element size of 1.5 mm. This mesh was of the type Jacobian 4 points with 0.075 mm tolerance, total knots of 277,273 and total elements of 190,863 with 99.5% of the elements with aspect ratio less than 3.

092. Os resultados referentes ao campo de tensões estáticos (Von Mises) da haste são apresentados na figura 16. Nota-se que as tensões máximas atingiram 80,9 MPa na região do pescoço e do engaste. É importante notar que a tensão de escoamento compressiva do PEEC está próxima dos 118 MPa (Calvary Spine, 2012) e a trativa em 100 MPa (ver tabela 1).092. The results regarding the static stress field (Von Mises) of the stem are shown in figure 16. Note that the maximum stresses reached 80.9 MPa in the neck and bezel region. It is important to note that the compressive yield stress of PEEC is close to 118 MPa (Calvary Spine, 2012) and the tensile strength is 100 MPa (see table 1).

093. As deformações sofridas pela haste são mostradas na figura 17 onde se vê que a máxima está na faixa de 3,5% na região de engaste e pescoço.093. The deformations suffered by the stem are shown in figure 17 where it can be seen that the maximum is in the range of 3.5% in the region of setting and neck.

094. Além das deformações a haste também sofreu deslocamentos da sua posição original e estes são mostrados na figura 18, onde nota-se que o maior094. In addition to the deformations, the stem also suffered displacements from its original position and these are shown in figure 18, where it is noted that the largest

27/30 deslocamento ocorreu no acetábulo que deslocou-se cerca de 3,7 mm, porém a haste teve seu deslocamento máximo de aproximadamente 3,3mm.27/30 displacement occurred in the acetabulum, which moved about 3.7 mm, but the stem had its maximum displacement of approximately 3.3 mm.

095. A haste foi considerada aprovada na simulação de ensaio estático, portanto, foi submetida ao ensaio de fadiga simulado e os resultados são apresentados na figura 19 que demonstra que a haste, em simulação numérica, suportou perfeitamente os 5x106 ciclos exigidos pela norma ISO 7206-4:2011.095. The stem was considered approved in the static test simulation, therefore, it was subjected to the simulated fatigue test and the results are shown in figure 19 which shows that the stem, in numerical simulation, perfectly supported the 5x10 6 cycles required by the ISO standard 7206-4: 2011.

Fabricação da haste por usinaqemManufacturing of the rod by mill

096. A fabricação da haste por usinagem foi realizada em tarugo extrudado de 80mm de diâmetro por 1m de comprimento de PEEC OPTIMA® LT1 doado pela empresa Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, Reino Unido).096. The manufacture of the rod by machining was performed in extruded billet of 80mm in diameter by 1m in length of PEEC OPTIMA® LT1 donated by the company Invibio Ltd. (Thornton Cleveleys, United Kingdom).

097. Foram realizados testes de usinagem no polímero TECAST-L em formato de tarugo com diâmetro de 100mm e comprimento de 1m e que possui propriedades de usinagem próximas ao PEEC, porém com um custo muito mais acessível (ver tabela 2). O TECAST-L utilizado não possui grau médico, sendo utilizado apenas para ensaios preliminares e comparação.097. Machining tests were performed on TECAST-L polymer in a billet format with a diameter of 100mm and a length of 1m and which has machining properties close to PEEC, but at a much more affordable cost (see table 2). The TECAST-L used has no medical degree, being used only for preliminary tests and comparison.

Propriedades properties Valor (seco/úmido) Value (dry / wet) Unidade unity Norma de Referência Reference norm MEC/ MEC / \NICAS \ NICAS Resistência Tração (escoamento) Tensile strength (flow) 70 70 MPa MPa DIN EN ISO 527 DIN EN ISO 527 Alongamento (escoamento) Elongation (flow) % % DIN EN ISO 527 DIN EN ISO 527 Alongamento (ruptura) Elongation (break) 50 50 % % DIN EN ISO 527 DIN EN ISO 527 Módulo de elasticidade (tração) Modulus of elasticity (traction) 3200 3200 MPa MPa DIN EN ISO 527 DIN EN ISO 527 Módulo de elasticidade (flexão) Modulus of elasticity (flexion) MPa MPa ASTM D 790A ASTM D 790A Dureza Toughness DIN EN 53 456 DIN EN 53 456 Resistência à deformação após 1000h com carga estática Deformation resistance after 1000h with static load MPa MPa Tensão de deformação para 1% de alongamento depois de 1000h Strain strain to 1% elongation after 1000h MPa MPa Resistência ao impacto (Charpy - 23° C) Impact resistance (Charpy - 23 ° C) n.b. n.b. KJ/m2 KJ / m 2 DIN EN ISO 179 DIN EN ISO 179 Coeficiente de fricção (em aço retificado - p = 0,05 N/mm2. v= 0,6 m/s)Friction coefficient (in ground steel - p = 0.05 N / mm 2. V = 0.6 m / s) TÉRMICAS THERMAL Temperatura de transição vítrea Glass transition temperature 40 40 5 5 °C ° C DIN 53 765 DIN 53 765 Temperatura de distorção por calor (HDT) - Heat distortion temperature (HDT) - °C ° C ISO R 75/ DIN ISO R 75 / DIN

28/3028/30

método A method A 53 461 53 461 Temperatura de distorção por calor (HDT) método B Heat distortion temperature (HDT) method B °C ° C ISO R 75/ DIN 53 461 ISO R 75 / DIN 53 461 Máxima temperatura de serviço - curta duração Maximum service temperature - short duration 170 170 °C ° C Máxima temperatura de serviço - longa duração Maximum service temperature - long life 100 100 °C ° C Coeficiente de condutividade térmica (23°C) Coefficient of thermal conductivity (23 ° C) W/(K.m) W / (K.m) Calor específico (23°C) Specific heat (23 ° C) J/g.K J / g.K Coeficiente de expansão térmica (23°C-55°C) Thermal expansion coefficient (23 ° C-55 ° C) 9 9 10’51/K10 ' 5 1 / K DIN 53 752 DIN 53 752 ELÉTRICAS ELECTRICAL Constante Dielétrica (106 Hz)Dielectric Constant (10 6 Hz) DIN 53 483, IEC-250 DIN 53 483, IEC-250 Fator de perda dielétrica (106 Hz)Dielectric loss factor (10 6 Hz) DIN 53 483, IEC-250 DIN 53 483, IEC-250 Volume específico de resistência Specific volume of resistance D*cm D * cm DIN IEC 60093 DIN IEC 60093 Resistência superficial Surface resistance Ω Ω DIN IEC 60093 DIN IEC 60093 Rigidez Dielétrica Dielectric strength KV/mm KV / mm DIN 53 481, IEC-243, VDE 0303 DIN 53 481, IEC-243, VDE 0303 Resistência à correntes de fuga Leakage current resistance DADOS DIVERSOS MISCELLANEOUS DATA Densidade Density 1,15 1.15 g/cm3 g / cm 3 DIN EN 53 479 DIN EN 53 479 Teor de absorção de água (23°C/50%) Water absorption content (23 ° C / 50%) % % DIN EN ISO 62 DIN EN ISO 62 Teor de absorção de água até saturação Water absorption content until saturation 6 6 % % DIN 53 495 DIN 53 495 Inflamabilidade Flammability HB HB UL Standard 94 UL Standard 94 Resistência à água quente, bicarbonate de sódio Hot water resistance, baking soda Resistência ao intemperismo Weathering resistance Ponto de Fusão dos Cristais Crystals Melting Point 220 220 °C ° C DIN 53 765 DIN 53 765

Tabela 2 - Propriedades do TECAST-L utilizado como polímero para teste de usinagem.Table 2 - Properties of TECAST-L used as a polymer for machining test.

098. Após testes de usinagem em TECAST-L para melhoria do processo de fabricação partiu-se para a usinagem da primeira peça do modelo da haste em PEEC OPTIMA® LT1 em grau médico utilizando somente ar como fluido refrigerante (figura 20).098. After machining tests in TECAST-L to improve the manufacturing process, the first part of the stem model in PEEC OPTIMA® LT1 was machined in medical grade using only air as the refrigerant (figure 20).

099. Após usinagem, lixamento e polimento manual, o acabamento final da haste é apresentado na figura 21. Somente o cone e o colar da haste ficaram com acabamento de usinagem (não houve processo de lixamento e polimento).099. After machining, sanding and manual polishing, the final finish of the nail is shown in figure 21. Only the cone and collar of the nail were finished with machining (there was no sanding and polishing process).

29/3029/30

Ensaio de fadigaFatigue test

100. Para realização do ensaio de fadiga inicialmente foi realizado um teste de fixação com acrílico auto-polimerizante marca JET composto de parte líquida (monômero Metil Metacrilato) e em pó (polímero Metil Etil Metacrilato) na haste em material TECAST-L, conforme figura 22. A inclusão de um termopar tipo T durante a cura da haste foi realizada para monitorar a evolução da temperatura. Este teste inicial não foi realizado diretamente na haste em PEEC por haverem dúvidas se não iria ocorrer alteração das propriedades da haste devido à temperatura atingida durante o processo de polimerização e também se ocorrería a efetividade da fixação da mesma na resina durante o ensaio de fadiga.100. To perform the fatigue test, initially a fixation test was carried out with self-polymerizing acrylic JET brand composed of liquid part (methyl methacrylate monomer) and powder (methyl ethyl methacrylate polymer) on the stem in TECAST-L material, as shown in the figure 22. The inclusion of a T-type thermocouple during curing of the stem was performed to monitor the evolution of temperature. This initial test was not carried out directly on the PEEC stem as there were doubts as to whether the properties of the stem would change due to the temperature reached during the polymerization process and whether the fixation of the same to the resin during the fatigue test would occur.

101. A fixação da haste teste em TECAST-L no dispositivo de ensaio de fadiga atingiu uma temperatura máxima durante a cura de 95,6°C, que está abaixo da temperatura de transição vítrea do PEEC OPTIMA LT1 que é de 150°C (Kurtz, 2012).101. The fixation of the test rod in TECAST-L on the fatigue tester reached a maximum temperature during curing of 95.6 ° C, which is below the glass transition temperature of PEEC OPTIMA LT1 which is 150 ° C ( Kurtz, 2012).

102. Após a fixação da haste de TECAST-L no dispositivo, realizou-se o ensaio de fadiga em uma máquina servohidráulica de marca MTS (Eden Prairie, Minnesota, Estados Unidos da América), modelo 810 e capacidade de 100kN testando-se inicialmente a frequência de 10Hz por 6191 ciclos quando o ensaio foi parado e retomado com 20Hz por mais 16336 ciclos atingindo um total de 22527 ciclos. De acordo com a norma ISO 7206-4:2011 a frequência máxima permitida é de 30Hz que foi utilizada constantemente até o final do ensaio que atingiu os 5x106 ciclos. A carga mínima compressiva foi de 300N e a máxima de 2300N. Para observar o comportamento da haste em relação à temperatura (figura 23) foi utilizada uma câmera termográfica.102. After fixing the TECAST-L rod to the device, the fatigue test was performed on a servo-hydraulic machine of the MTS brand (Eden Prairie, Minnesota, United States of America), model 810 and 100kN capacity, initially testing the frequency of 10Hz for 6191 cycles when the test was stopped and resumed with 20Hz for another 16336 cycles, reaching a total of 22527 cycles. According to ISO 7206-4: 2011, the maximum allowed frequency is 30Hz, which was used constantly until the end of the test, which reached 5x10 6 cycles. The minimum compressive load was 300N and the maximum 2300N. To observe the behavior of the stem in relation to temperature (figure 23), a thermographic camera was used.

103. A realização do ensaio de fadiga da haste teste em TECAST-L foi realizada e resistiu aos 5x106 ciclos sem quaisquer danos e deformações plásticas aparentes. Durante os testes com as frequências de 10, 20 e 30Hz também não apresentaram aquecimento significativo já que a temperatura ambiente estava em 17°C e a haste atingiu 18°C durante os 6191 ciclos103. The test rod fatigue test in TECAST-L was carried out and withstood the 5x10 6 cycles without any apparent plastic damage and deformation. During the tests with the frequencies of 10, 20 and 30Hz they also did not show significant heating since the ambient temperature was at 17 ° C and the rod reached 18 ° C during the 6191 cycles

30/30 executados na frequência de 10Hz, 19°C durante os próximos 16336 ciclos e 20°C até o final do ensaio (5x106 ciclos), conforme demonstra a figura 24.30/30 performed at the frequency of 10Hz, 19 ° C for the next 16336 cycles and 20 ° C until the end of the test (5x10 6 cycles), as shown in figure 24.

104. A fixação da haste definitiva em PEEC no dispositivo de ensaio de fadiga atingiu uma temperatura máxima durante a cura de 105°C, que está abaixo da temperatura de transição vítrea do PEEC OPTIMA LT1 que é de 150°C.104. The fixation of the final PEEC stem in the fatigue tester reached a maximum temperature during curing of 105 ° C, which is below the glass transition temperature of PEEC OPTIMA LT1 which is 150 ° C.

105. A realização do ensaio de fadiga da haste em PEEC foi realizada e resistiu aos 5x106 ciclos sendo mantido até atingir 1x107 sem quaisquer danos e deformações plásticas aparentes (figura 25). Durante todo o ensaio com a frequência de 30 Hz também não houve aquecimento significativo já que a prótese atingiu, no máximo, 2°C a maior do que a temperatura ambiente que manteve-se em média em 20°C por estar em sala climatizada.105. The PEEC rod fatigue test was carried out and withstood the 5x10 6 cycles being maintained until reaching 1x10 7 without any apparent plastic damage and deformation (figure 25). During the entire test with the frequency of 30 Hz, there was also no significant heating as the prosthesis reached, at most, 2 ° C higher than the ambient temperature, which was maintained on average at 20 ° C because it was in an air-conditioned room.

Claims (5)

ReivindicaçõesClaims 1. Haste Isoelástica Femoral Fabricada em polímero caracterizada por compreender os seguintes elementos1. Femoral Isoelastic Rod Made of polymer characterized by comprising the following elements a) uma esfera comercial (figura 8) fabricada em alumina com 32 mm de diâmetro externo, porém não se restringindo a essa medidaa) a commercial sphere (figure 8) made of alumina with a 32 mm external diameter, but not restricted to this measure b) uma haste de comprimento dentro da faixa de tamanho médio (120 mm < CT < 250 mm), porém não se restringindo a essa medida.b) a rod of length within the medium size range (120 mm <CT <250 mm), but not restricted to this measure. 2. Haste Isoelástica Femoral Fabricada em Polímero, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser fabricada em poli-éter-éter-cetona (PEEC) ou em outro polímero de grau biomédico.2. Femoral Isoelastic Rod Made of Polymer, according to claim 1, characterized by being made of polyether-ether-ketone (PEEC) or other biomedical grade polymer. 3. Haste Isoelástica Femoral Fabricada em Polímero, de acordo com o item3. Femoral Isoelastic Rod Made of Polymer, according to the item a) da reivindicação 1, caracterizada pela esfera e acetábulo serem considerados totalmente homogêneos e de material denominado alumina (Al2o3), porém não se restringindo a esses materiais.a) of claim 1, characterized by the sphere and acetabulum being considered totally homogeneous and made of material called alumina (Al2o3), but not being restricted to these materials. 4. Haste Isoelástica Femoral Fabricada em Polímero, de acordo com o item4. Femoral Isoelastic Rod Made of Polymer, according to the item b) da reivindicação 1, caracterizada pela haste ser considerada totalmente homogênea e com as propriedades mecânicas do PEEC comercial de grau médico optima®, ou de outro polímero de grau médico.b) of claim 1, characterized in that the stem is considered totally homogeneous and with the mechanical properties of the commercial medical grade PEEC optima®, or other medical grade polymer. 5. Haste Isoelástica Femoral Fabricada em Polímero, de acordo com o item b) da reivindicação 1, caracterizada por conter as disposições apresentadas nas figuras 1,6, 16,17,18, 19, 21 E 25.5. Femoral Isoelastic Rod Made of Polymer, according to item b) of claim 1, characterized by containing the provisions shown in figures 1,6, 16,17,18, 19, 21 AND 25.
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